Способ дистанционного зондирования земной поверхности

Способ дистанционного зондирования земной поверхности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sr>s G 01 Ч 9/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ы 3

О ф о

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4722111/25 (22) 25.07.89 (46) 29.02.92. Бюл. М 8 (71) Производственное геологическое. объе- . динение "Аэрогеология" и Государственный научно-исследовательский и производственный центр "Природа" (72). Л.А.Ронжин, B.Â.Êîçëoâ, E.Þ.Ãoðþíîâ и Л.Ф.Волчегурский (53) 550.84 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1365009, кл. G 01 V 9/00, 1986.

Патент ФРГ

N 2654039, кл. 6 01 С 11/00, 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-. 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 выбранны„„5U „„1716469 А1 (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 аномалий связано с двумя периодами в развитии рас1716469 тений: накоплением хлорофилла в начальный период (до начала июля в условиях 50О с.ш,) и падением его содержания в растениях в заключительный период. Соответственна происходит сначала падение коэффициента спектральной яркости, а затем его рост. Н а ко пление 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 черезмерного 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 6 — 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 и 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 существенному 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

Ton „отсчитываемому, от начала вегетации

Ъ

5 растений, накапливается максимальное количество стимулирующего химического элемента и соответственно количество хлорофилла в листьях достигает своего максимума, а значение коэффициента КСЯ—

55 минимума; заключительного периода ускоренного созревания и отмирания растения, когда количество хлорофилла непрерывно снижается, причем растение к моменту времени Т<р "сбрасывает" некоторое количество накопленного химического элемента, стремясь к некоторому стабилизированному "квазиодинаковому" уровню, не зависящему ат концентрации элемента в почве. .или может испытывать стресс.

Отслеживание динамики изменения коэффициентов спектральной яркости хлоро-. филла, отражающей динамику изменения содержания хлорофилла, является осйавой данного метода обнаружения аномалий вегетации растительности.

В первый из рассмотренных периодов имеется в::. можность получать инфармацию 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 (no модулю) контраста аномэлия/фон на длинах волн порядка 550 нм достигается в момент времени

Tom = 1.5 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 стимулирующих элементов Р, К, Сэ, Al, Sf, t при значениях контраста 10 — 35 и за счет минимально стимулирующих элементов Zr, Te, Th при значениях контраста 1 — 10 .

Если минимум КСЯ отСутствует и происходит дальнейшее монотаннсе уменьшение

КСН, прг,адят съемку <;-,рез следующие 15

1716469, отсутствия контрастов бйохимических аномалий периоды Тко не рекомендуются для проведения съемок.

25 Узкозональную фотосъемку с аэрокосмических носителей целесообраз но -сопровождать до и после съемки спектрометрическими исследованиями, которые могут уточнить положение наи30 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 их динамика 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 аномалии имеют определенную протяженность в пространстве, некоторая информация может быть 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 происходит на расстодней, т.е, в 40 — 46 сутки от начала вегетации, и повторяют процедуру по распознаванию групп химических элементов. Если для

Толт 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 даннйе о: содержании химического в растениях; оптимальное время Топт для оконтурирования аномалии путем съемки может быть опуеделено из выражения: Gom = 0,11181 Т,опт—

«0,336Tom. где Gom максимальное содержание химического элемента в сухой мессе, растения (в 10 %).

Во второй период вегетации растенийускоренного созревания или стресса, начиная с июля и до конца вегетации, на характеристиках растений сказывается очень много факторов — процесс созревания; вли-. яние химических элементов, количество осадков, тепла, освещенности, болезни и др. Поэтому возможно лишь обнаружение бйохимическйх аномалий, а также примерная оценка фаз стресса на фоне обычной растительности. Положение усугубляется также и тем, что заключительные фазы вегетации по и роцессу 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 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, по-сравнению с предшествующими фазами или нормальным развитием, характерными для фона, приведены .в табл.2.

Из: табл. 2 видно, что для фазы М 2 характерны положительные контрасты(аномалия светлее фона) во всех трех спектральных зонах, и этим она отличается.от первого периода вегетации растительности, когда все контрасты отрицательны. ФазаМ

3 стресса отличается тем, что контрастм 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 настфзает

, 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

5 начало фазы № 2 можно принять. времена

Тко (определяемые кривой квазиодинаковых концентраций химических элементов в растении GKp = О 0281 Т ко - 0,51 Тко), кото2 рые наступают в зависимости от концентра10 ции элементов в растениях в тот момент G« (в 10 ;(,),. но сравнительно:мало зависят от концентрации элемента в почве. Дата Т»,. соответствует значениям спектрал.ьного контраста, близкйм к О при переходе расти15 тельности от первого периода ее стимулируемого развития к .второму периоду ускоренного созревания или стресса (начало фазы № 2). По времени это соответствует, в зависимости от типа накапливаемого эле20 мента, периоду с июня и до начала августа (30 — 1000 сут от начала вегетации). Из-за

1716469

Формула изобретения

Таблица 1

* Классификация в соответствии с энергетическими подуровнями, определяющими химические свойства элементов. 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- 5 ми, тем к более динамично накапливаемым и сильнее стимулирующим химическим weментам относится элемент, вызывающий аномалию.

Данный способ дистанционного зонди- 10 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 аэродинамически х 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 и с я тем, что, с целью повышения эффективности и достоверности способа за.счет учета фаз вегетации растительности, производят уэкозональную 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 наземнымм исследованиям.

Таблица 2

* Для справки.

Составитель Л.РонжинТехред М.Моргентал Корректор T.Ìàëåö

Редактор М. Бандура

Производственно-и".дательский комбинат "Паты:-. „г. ."жгьыд„ул.Гагар:,,»а, 101

Заказ 811 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5