Распознавание и прогнозирование лесных пожаров на базе ГИС-технологий
Дипломная работа - Экология
Другие дипломы по предмету Экология
? определенную точку на Земле, о каждая его компонента соответствует одному из спектральных каналов.
Большинство сканирующих систем включают в себя в основном отражающие оптические системы.
Собирающая оптика может быть либо отражающей, либо преломляющей, либо их сочетание (катадиоптрической). Отражательные системы обладают рядом преимуществ, на них не влияет хроматическая аберрация, они обладают высоким пропусканием, относительно недорогие и в них легче корректируются другие аберрации. Однако для данной эффективной аппаратуры преломляющая система может меньший размер, чем эквивалентная отражательная система. Она может быть сделана более эффективной с точки зрения первичного маскирования, и в некоторых случаях она может обеспечить свое собственное окно прозрачности и пространственную спектральную фильтрацию.
Аналоговый сигнал, записанный на магнитную ленту или МД, преобразуется в цифровую форму, корректируется для комплексации угла поворота, симметрируется и нормируется относительно калибровочных сигналов. Зоны спектра могут быть объединены в любом сечении для получения любого: черно-белого или цветного изображения.
Материалы ИК съемки, записанные на МЛ или МД, вводятся в ЭВМ и анализируются для каждой точки земной поверхности в каждой зоне съемки. Затем, сопоставлением полученных значений с заданным эталоном, оценивается их соответствие материалов, на печатающее устройство, выдается карта, с нанесенными на ней различными объектами, в нашем случае лесными пожарами, с указанием площади и некоторых характеристик каждого очага.
Поток энергии: сигнал и шум.
Многоспектральный сканер можно рассматривать как датчик излучения, дающий изображение в спектральном виде, излучение приходит от значительно удаленного объекта. Энергия идет от элемента разрешения на местности через атмосферу сканера. Размер эффективной апертуры сканера определяется площадью собирающего зеркала. Фокусное расстояние сканера и, следовательно, его поле зрения определяется фокусным расстоянием собирающего зеркала и оптической входной щели. монохроматора. Электромагнитная энергия в монохраматоре и в диапазоне длин волн от до выражается так:
3.4.1.
где Ф - поток энергии для абсолютно черного тела при Т=300К в спектральном
диапазоне 10-12 мкм = 5,1 х 10-7Вт;
- прозрачность атмосферы ( =0,5);
- спектральная плотность энергетической яркости элемента разрешения на
местности = 9,5 Вт/м2 х ср. мкм;
= 2 мкм;
- МПЗ сканера, раз;
- апертура сканера, м2; Ар х В2=5,37 х 10-8м2 х ср. мкм.
рис. 3.4.3. Схема ИК сканера на борту летательного аппарата.
Спектральная плотность энергетической яркости элемента размещения на местности Z , есть тепловое излучение площади земли, зависящее от её температуры. Спектральная плотность энергетической яркости iены, если рассматривать, что исследуемый объект представляет собой абсолютно черное тело с излучательной способностью Е около 1 при температуре 300 К
3.4.2.
где Е - излучательная способность (коэффициент излучения), безразмерная величина
(Е=1 для А<П);
С1- первая константа излучения = 3,7413 х 108 Вт (мкм)4/м2;
- длина волны излучения, мкм;
С2 - вторая константа излучения = 1,4388 х 104 мкм х К;
Т - абсолютная температура излучения, К.
Изменение потока энергии, попадающей в сканер, вызванное изменением Z , следующее:
3.4.3.
тогда3.4.4.
В дальней инфракрасной области спектра, изменение Z , как показано на рисунке 3.4.4., могут возникнуть из-за изменений температуры. Поскольку
мы можем показать, что
3.4.5.
Для представляющих интересов диапазона длин волн и температур, это выражение может быть записано:
и записываем в виде:
3.4.6.
Тогда образом изменение энергии, вызванное изменением температуры от 300 К до 301 К для =11 мкм
Шум ограничивает способность сканера различать изменения в температуре в той части спектра, где преобладает тепловые эффекты.
рис. 3.4.4. Шумовые ограничения на разрешение изменения температуры.
Выражение Ф=5,1 х 10-7 Вт и ( Ф)Т=7,41 х 10-9 Вт, дают нам представление о средних уровнях мощности сигнала и об изменении уровней мощности сигнала, имеющих место в дистанционном зондировании.
Рассмотрим детали процесса сканирования (рис.3.4.5.). Предположим, что имеем плоское сканирующее зеркало и детекторную сетку и q детекторов. Главное фокусное расстояние зеркала d, а эффективная площадь первичного зеркала (П/4)Д2. Временный интервал (в сек.), необходимый для сдвига элемента разрешения на одну единицу вдоль растровой линии сканирования, В/W, где W- скорость вращения зеркала.
Площадь детектора = (Вd)2.
рис. 3.4.5. Схема сканирующей системы.
Время нарастания детектора усилителя записывающей системы должно составлять часть этого времени, то есть
3.4.7.
где g - константа, значение её принимают обычно между 5 и 10.
Для смежного сканирования сканирующее зеркало должно повернуться на полный угол сканирования Q за время продвижения носителя аппаратуры на расстояние qBH, т.е. за