Способ дистанционного зондирования земной поверхности

/00, 1986,1/00, 1976,Изобретение относится к оптическим способам изучения природных ресурсов Земли дистанционными методами и может быть использовано для обнаружения .площадей, перспективных на поиск полезных ископаемых по их влиянию на растительность,Целью изобретения является повышение эффективности и достоверности способа за счет учета протекания фаз вегетации растительности.Способ реализуется следующим обра-. Д ООь зом.Выбирают номинальные спектральные. зоны шириной 3 - 13 нм для проведения узкозональной сьемки в пределах трех участков электромагнитного спектра на длинах волн 545 - 565, 655 - 685 и 755 - 775 нм; Выбирают сроки проведения съемки с уче,том фаз вегетации растительности и периодов наибольшей выраженности биохимических аномалий, проводят узкозональную съемку в соответствии с выбранныОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР ТОРСКОМУ СВИДЕ(54) СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ (57) Изобретение относится к дистанцион-., ному зондированию земной поверхности и может быть использовано при поисках полезных ископаемых, Цель изобретения - повышение эффективности и достоверности способа. Способ включает фотографирование растительности в узких зонах в пределах длин волн 545 - 565, 655 - 685, 755 - 775 нм во временных сроках фаз вегетации 15 - 20, 25 - 31, 41 - 46, 61 - 66 дней и определение наличия групп химических элементов, накапливаемых в биомассе растительности по величине контрастов фотоизображений, 2 табл,ми параметрами, Обнаруживают аномалии яркости изображения растительности и сопоставляют их с линейными, кольцевыми и площадными структурными элементами, Сопоставляют биохимические аномалии с индикативными элементами групп химических элементов, которые могут обусловливать данную аномалию. Уточняют параметрыузкозональнойсъемки данного и аналогичных геологических объектов на основе проведения наземных и аэрокосмических обследований, включая биохимическое апробирование и спектрометрирование со спектральным разрешением 1 - 3 нм. Устанавливают взаимосвязи между содержанием различных химических элементов в зоне питания растений, видами растительности, типами биохимических аномалий и сроками их проявления и по этим данным судят о других аналогичных биохимических аномалиях. Наблюдение биохимических аномвязано с двумя периодами в развитиитений; накоплением хлорофилла в начальный период (до начала июля в условиях 50 О с,ш,) и падением его содержания в растениях в заключительный период. Соответственно происходит сначала падение коэффициента спектральной яркости, а затем его рост. Накопление химических элементов в растениях в пределах аномалий первоначально стимулирует образование хлорофилла и тем самым дополнительно снижает КСЯ (коэффициент спектральной яркости), а затем может привести к ускорению вегетации или к стрессу вследствие чрезмерного накопления вещества, что выражается в преждевременном и ускоренном росте КСЯ, причем для каждого химического элемента или группы элементов такое влияние оказывается индивидуальным по силе и срокам воздействия. Обращает на себя внимание приуроченность изменчивости характеристик к довольно узким спектральным диапазонам 545 - 565 и 665 - 685 нм, в которых наблюдается максимальный контраст аномально развивающихся растений.Кроме них чувствительным участком спектра является диапазон 755 -775 нм, где также достигаются максимальные значения контраста. Известно. что в зависимости от вариаций минерального питания растений и иных условий вегетации экстремумы спектральных кривых могут сдвигаться на б - 10 нм и даже более. Поэтому для того, чтобы при проведении дистанционного зондирования месторождений различных полезных ископаемых в различные фазы вегетации не выйти далеко за пределы окрестностей экстремумов, зондирование следует производить в возможно более. узких спектральных зонах - порядка 3 - 13 нм, причем в качестве номинальных спектральных зон принимают зоны 555 + 5, 660 ч 5 нм.Съемка в упомянутых номинальных зонах ведется, если нет никакой уточняющей информации. Если она получена путем высокоразрешающего спектрометрирования, детальных наземных обследований, приуроченных к определенным временным фазам вегетации растительности и накопления в ней химических веществ, то положение зон и сроки съемки уточняются в пределах указанных трех участков спектра и соответственно перенастраиваются каналы съемочной аппаратуры, Выход за пределы указанных диапазонов 545 - 565, б 55 - 685 и 755 - 775 нм может привести к существенному снижению контраста изображения аномалий и потере информации,Обоснование периодичности съемок и предпочтительности рекомендуемых спект. ральных зон следует из рассмотрения вы шеупомянутых двух периодов вегетации: начального периода стимулируемого развития растений, когда к моменту времени Топт, отсчитываемому, от начала вегетации 5 растений, накапливается максимальноеколичество стимулирующего химического элемента и соответственно количество хлорофилла в листьях достигает своего максимума, а значение коэффициента КСЯ -10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 минимума; заключительного периода ускоренного созревания и отмирания растения, когда количество хлорофилла непрерывно снижается, причем растение к моменту времени Тко "сбрасывает" некоторое количество накопленного химического элемента, стремясь к некоторому стабилизированному "квазиодинаковому" уровню, не зависящему от концентрации элемента в почве. .или может испытывать стресс.Отслеживание динамики изменения коэффициентов спектральной яркости хлоро-. филла, отражающей динамику изменения содержани хлорофилла, является осйовой данного метода обнаружения аномалий вегетации растительности.В первый из рассмотренных периодов имеется в.1 ложность получать;:,нф рмацию о тех группах химических элементов, нахождение в почве которых устанавливается по результатам съемок. поскольку по характеру влияния на растительность химические элементы делятся на следующие типы (см.табл.1).К этой таблице, содержащей 50 элементов, вероятно, следует добавить 14 редкоземельных элементов, трансурановые элементы и ряд других,Из табл, 1 следует, что выделять биохимические аномалии от наиболее быстронакапливаемых элементов, когда минимальное значение КСЯ и соответственно максимальное значение (по модулю) контраста аномалия/фон на длинах волн порядка 550 нм достигается в момент времени Топт = 15 - 25 сут, можно, если произвести сьемку в 15 - 20 и 25 - 31 сут. В случае обнаружения минимума КСЯ для аномалии можно заключить, что аномалия достигается за счет наиболее стимулирующих элементов И, Мд, Ре, если значения контраста аномалия/фон по модулю достигают 35- 60 (на длинах волн порядка 660 нм контрасты в 1 - 1,5 раза ниже), за счет умеренно стимулирующих элементов Р, К, Са, А 1, Я, 1 при значениях контраста 10 - 35 фи за счет минимально стимулирующих элементов Ег, Те, Тп при значениях контраста 1 - 10, Еслиминимум КСЯ отсутствует и происходит дальнейшее монотонное уменьшение КСЯ, прг ,одят съемку через следующие 15отсутствия контрастов бйохимических аномалий периоды Тко не рекомендуются для проведения съемок.25 Узкозональную фотосъемку с аэрокосмических носителей целесообразно сопровождать до и после съемки спектрометритческими исследованиями, которые могут уточнить положение наи более информативных для съемки спектральных зон в пределах названных спектральных диапазонов, и контактными исследованиями, в рамках которых может определяться тип и содержание химических 35 элементов в почве и растениях, а также ихдинамика с целью уточнения оптимальных периодов проведения съемки в районах сделанных рекомендаций. Если спектрометрирование и контактные исследования 40 биохимических аномалий проводятся до.съемки, то может быть успешно решена задача выявления полной конфигурации данной биохимической аномалии и выявления аналогичных аномалий в других регионах.45 Если эти дополнительные .исследования.проводятся по результатам съемки, то при этом уточняется конкретный характер биохимической аномалии, накапливается база данных для прогнозирования и проведения 50 успешных съемок в последующем.Поскольку биохимические аномалииимеют определенную протяженность в пространстве, некоторая информация может бь 1 ть извлечена из факта неравномерной 55 концентрации химического:элемента в почве, меньшей по краям и большей в центре, Размерность самых малых аномалий составляет сотки и даже десятки метров, и нарастание концентрации элемента в почве от края до максимума и роискодит на расстодней, т.е, в 40 - 46 сутки от начала вегетации, и повторяют процедуру по распознаванию групп химических элементов. Если дляТопу не установлены значения ни 25 - 41сут, ни 41 - 61 сут, то элементы относятся кнакапливающимся в течение долгого времени, выходящего за рамки начального периода вегетации,В ситуации, когда имеются даннйео:содержании химического в растениях; оптимальное время Топу для оконтурированияаномалии путем съемки может быть оп 2 оеделено из выражения: Оопт = 0,11181 Т,опт -0 336 Топт, где Оопт максимальное содержа-ние химического элемента в сухой мессе,растения (в 1.0%).Во второй период вегетации растенийускоренного созревания или стресса, начнИная с июля и до конца вегетации, на характеристиках растений сказывается оченьмного Факторов - процесс созревания; влияние химических элементов, количествоосадков, тепла,. освещенности, болезни идр. Поэтому возможно лишь обнаружение бйохимическйх аномалий, а также примернаяоценка фаз стресса на фоне обычной растительности. Положение усугубляется также итем, что заключительные фазы вегетации пои роцессу снижения содержания хлорофилла в растительности и по характеру изменения кривой КСЯ (общий рост) во многихслучаях напоминают аналогичные характеристики биохимических аномалий. Выделяют четыре Фазы: М 1 - номинальноразвивающаяся (здоровая) растительностьи М 2, 3 и 4 - по мере наступления и углубления стресса. В соответствии с ними КСЯрастительности сильно повышается во всехзонах, а затем начинает также сильнопонижаться - сначала в. зеленом (545 - 565 нм) иИК-диапазонах (755 - 775 нм), а затем и в .красном (655 - 685),Обогащенные значения контрастов растения для фаз стресса или ускоренногосозревания, по сравнению с предшествующими фазами или нормальным развитием,характерными для фона, приведены.втабл.2.Из табл. 2 видно. что для фазы М 2характерны положительные контрастыаюмалия светлее фона) во всех трех спектральных зонах, и этим она отличается.отпервого периода вегетации растительности,когда все контрасты отрицательны. Фаза Ь3 стресса отличается тем, что контрастц взонах 545- 565 и 755 - 775 нм опять: становятся отрицательными относительно фона,, а в зоне 655 - 685 нм контраст сохраняетположительный знак. Фаза % 4 наступает, тогда, когда контраст и в зоне 655-685 нм также становится отрицательным. Все это позволяет достаточно четко определить фазы наступления стресса,Что касается временных аспектов, то эа 5 начало фазы М 2 можно принять. временаТко (определяемые кривой квазиодинаковых концентраций химических элементов в растении бко = 0,0281 Т ко - 0,51 Тко), кото 2рые наступают в зависимости от концентра ции элементов в растениях в тот момент 6(в 104 оу(у) но сравнительно мало зависят от концентрации элемента в почве. Дата Т, соответствует значениям спектрального контраста, близкйм к 0 при переходе расти тельности отпервого периода ее стимулируемого развития к .второму периоду ускоренного созревания или стресса (начало фазы М 2). По времени это соответствует, в зависимости от типа накапливаемого эле мента, периоду с июня и до начала августа(30 - 1000 сут от начала вегетации). Из-за1716469 Ф о р мул а изобретен и я Таблица 1Классификация в соответствии с энергетическими подуровнями, оеские свойства элементов,ляю имихими яниях этих же порядков. Поэтому разрешение съемок для этих целей должно составлять первые десятки метров, При этом, чем однородней и контрастней. переход от аномалии к,фону, чем резче граница между ни ми, тем к более динамично накапливаемым и сильнее стимулирующим химическим элементам относится элемент, вызывающий аномалию.Данный способ дистанционного зонди рования земной поверхности позволяет по аномалиям спектральной яркости оценивать фитопатологическое состояние объектов растительности и с помощью дополнительных наземных обследований 15 устанавливать наличие тех полезных ископаемых, которые могут обусловливать эти аномалии. Способ существенно повышает эффективность проведения аэродинамических съемок. 20 Способ дистанционного зондирования земной поверхности путем проведения многозональной съемки и выделения аномальных по степени спектральной яркости объектов, о т л и ч а ю ш и й с я тем, что, с целью повышения эффективности и достоверности способа эа.счет учета фаз вегетации растительности, производят узкозональную съемку однородного растительного покрова в пределах трех участков электромагнитного спектра на длинах волн 545 - 565, 655 - 685 и 755 - 775 нм, причем съемку осуществляют многократно в зависимости от фазы вегетации растительности с периодичностью 15 сут с момента началавегетации, а площади с аномальным значением спектральной яркости подвергают наземнымм исследованиям.10 Таблица 2 справки. тор Т.Мале Редактор М.Бан а Заказ 61ВНИИ Составитель Л.лонжинТехред М.Моргентал Тираж ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГК 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 зйодстаенно-иГдательский комбинат "Паты. Г. " жгбббд