Способ дистанционного зондирования земной поверхности Советский патент 1992 года по МПК G01V9/00 

Изобретение относится к оптическим способам изучения природных ресурсов Земли дистанционными методами и может быть использовано для обнаружения площадей, перспективных на поиск полезных искдпаемых по их влиянию на растительность..

Целью изобретения является повышение эффективности и достоверности способа за счет учета протекания фаз вегетации растительности.

Способ реализуется следующим обраг 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 сьемки с учетом фаз вегетации растительности и периодов наибольшей выраженности биохимических аномалий, проводят узкозональную съемку в соответствии с выбранными 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 ос- но.ве 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 аномалий связано с двумя периодами в развитии расО

Јь О

ю

тений: накоплением хлорофилла в начальный период (до начала июля в условиях 50° с.ш.) и падением его содержания в растениях в заключительный период. Соответственно происходит сначала падение коэффициента спектральной яркости, а за- тем-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 харак- теристик к довольно узким спектральным диапазонам 545 - 565 и 665 - 685 нм, в которых наблюдается максимальный контраст аномально развивающихся растений. Кроме них чувствительным участком спект- ра 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 спект- ральных кривых могут сдвигаться на 6 - 10 нм и даже более. Поэтому для того, чтобы ггри 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 ± 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, 655- 685 и 755 - 775 нм может привести к суще- ственному снижению контраста изображения аномалий и потере информации.

Обоснование периодичности съемок и

предпочтительности рекомендуемых спект. ральных зон следует из рассмотрения вышеупомянутых двух периодов вегетации: начального периода стимулируемого развития растений, когда к моменту времени Топт, отсчитываемому, от начала вегетации растений, накапливается максимальное количество стимулирующего химического элемента и соответственно количество хлорофилла в листьях достигает своего максимума, а значение коэффициента КСЯ - 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 содержания хлорофилла, является основой данного метода обнаружения аномалий вегетации растительности,

В первый из рассмотренных периодов имеется возможность получать йиформа- цию 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.тэбл.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 быст- ронакапливаемых элементов, когда :- минимальное значение КСЯ и соответственно максимальное значение (по модулю) контраста аномалия/фон на длинах волн порядка 550 нм достигается в момент времени Тот 15 - 25 сут, можно, если произвести съемку в 15 - 20 и 25 - 31 сут. В случае обнаружения минимума КСЯ для аномалии можно заключить, что аномалия достигается за счет наиболее стимулирующих элементов N. Mg, Fe, 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 етмулиру- ющих элементов Р, К, Са, A, Si, при значениях контраста 10 - 35% и за счет минимально стимулирующих элементов Zr. Те, Th при значениях контраста 1 - 10%. Если минимум КСЯ отсутствует и происходит дальнейшее монотоннее уменьшение КСЯ, прс ,одят съемку через следующие 15

дней. т.е. в 40 - 46 сутки от начала вегетации, и повторяют процедуру по распознаванию групп химических элементов. Если для Топт не установлены значения ни 25-41 сут, ни 41 - 61 сут, то элементы относятся к накапливающимся в течение долгого времени, выходящего за рамки начального периода вегетации,

В ситуации, когда имеются данные о содержании химического в растениях, оптимальное время Топт для оконтурирования аномалии путем съемки может быть определено из выражения: Gom 0,11181 Т опт - -0,336Топт, где Сопт- максимальное содержание химического элемента в сухой массе растения (в ).

Во второй период вегетации растений - ускоренного созревания или стресса, начиная с июля и до конца вегетации, на характеристиках растений сказывается очень много факторов - процесс созревания, влияние химических элементов, количество осадков, тепла,, освещенности, болезни vi др. Поэтому возможно лишь обнаружение биохимических аномалий, а также примерная оценка фаз стресса на фоне обычной растительности. Положение усугубляется также и тем, что заключительные фазы вегетации по процессу снижения содержания хлорофилла в растительности и по характеру изменения кривой КСЯ (общий рост) во многих случаях напоминают аналогичные характеристики биохимических аномалий. Выделяют четыре фазы: № 1 - номинально развивающаяся (здоровая) растительность и № 2, 3 и 4 - по мере наступления и углубления стресса. В соответствии с ними КСЯ растительности сильно повышается во всех зонах, а затем начинает также сильно понижаться - сначала в зеленом (545 - 565 нм) и ИК-диапазонах (755 - 775 нм), а затем и в красном (655-685).

Обогащенные значения контрастов растения для фаз стресса или ускоренного созревания, no-сравнению с предшествующими фазами или нормальным развитием, характерными для фона, приведены в табл.2.

Из табл. 2 видно, что для фазы Мг 2 характерны положительные контрасты (аномалия светлее фона) во всех трех спектраль- ных зонах, и этим она отличается от первого периода вегетации растительности, когда все контрасты отрицательны. Фаза № 3 стресса отличается тем, что контрасты в зонах 545 - 565 и 755 - 775 нм опять становятся отрицательными относительно фона, ;а в зоне 655 - 685 нм контраст сохраняет ) положительный 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 за

начало фазы № 2 можно принять времена Тко (определяемые кривой квазиодинаковых концентраций химических элементов в растении GKO 0,0281Т2КО - 0,51 Тко), которые наступают в зависимости от концентра0 ции элементов в растениях в тот момент Gxo (в ), но сравнительно мало зависят от концентрации элемента в почве. Дата Тко соответствует значениям спектрального контраста, близким к 0 при переходе раети5 тельности от первого периода ее стимулируемого развития к второму периоду ускоренного созревания, или стресса (начало фазы Ms 2), По времени это соответствует, в зависимости от типа накапливаемого эле0 мента, периоду с июня и до начала августа (30 - 1000 сут от начала вегетации). Из-за отсутствия контрастов биохимических аномалий периоды Тко не рекомендуются для проведения съемок.

5 Узкозональную фотосъемку с аэро- космичееких носителей целесообраз- но сопровождать до и после съемки спектрометрическими исследованиями, которые могут уточнить положение наи0 более информативных для съемки спектральных зон в пределах названных спектральных диапазонов, и контактными исследованиями, в рамках которых может определяться тип и содержание химических

5 элементов в почве и растениях, а также их динамика с целью уточнения оптимальных периодов проведения съемки в районах сделанных рекомендаций. Если спектрометри- рование и контактные исследования

0 биохимических аномалий проводятся до съемки, то может быть успешно решена задача выявления полной конфигурации данной биохимической аномалии и выявления аналогичных аномалий в других регионах.

5 Если эти дополнительные исследования .проводятся по результатам съемки, то при этом уточняется конкретный характер биохимической аномалии, накапливается база данных для прогнозирования и проведения

0 успешных съемок в последующем.

Поскольку биохимические аномалии имеют определенную протяженность в пространстве, некоторая информация может быть извлечена из факта неравномерной

5 концентрации химического:элемента в почве, меньшей по краям и большей в центре. Размерность самых малых аномалий составляет сотни и даже десятки метров, и нарастание концентрации элемента в почве от края до максимума происходит на расстояниях 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 устанавливать наличие тех полезных ископаемых, которые могут обусловливать эти аномалии. Способ существенно повышает эффективность проведения аэродинамических съемок.

Ф о р м у л а и з о б р е те н и я

Способ дистанционного зондирования земной поверхности путем проведения многозональной съемки и выделения аномальных по степени спектральной яркости объектов, отличаю щи и с я тем, что, с целью повышения эффективности и достоверности способа за 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 начала вегетации, а площади с аномальным значением спектральной яркости подвергают наземным исследованиям.

Изобретение относится к дистанцией-, 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, 4Т- 46, 61 - 66 дней и определение наличия групп химических элементов, накапливаемых в биомассе растительности по величине контрастов фотоизображений. 2 табл.

Классификация в соответствии с энергетическими подуровнями, определяющими химические свойства элементов.

Таблица 1

Для справки.

Таблица 2