Способ определения коэффициентов отражения исследуемой поверхности и автоматизированный комплекс для его осуществления
METHOD OF DETERMINING REFLECTION COEFFICIENTS OF THE ANALYZED SURFACE AND AN AUTOMATED SYSTEM FOR REALIZING SAID METHOD

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и предназначено для использования в качестве определения коэффициентов отражения. Указанные способ и устройство практически ориентированы на исследование подстилающей поверхности Земли при ее наблюдении с атмосферного или космического летательного аппарата.
Известны способы и устройства близкие по назначению и имеющие сходные существенные признаки, например, объекты, защищенные патентами и авторским свидетельством №№1770921, 2020477, 2117952. В описаниях, защищенных указанными патентами способов, отражены также устройства для их осуществления.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ, отраженный в описании изобретения, защищенного патентом Российской Федерации №2346266 (МПК G01N 27/00, приоритет 03.09.2007 г.). В этом изобретении по способу дистанционного определения коэффициента отражения электромагнитной волны от границы раздела «воздух - горизонтальная поверхность подстилающей среды» производят поочередное измерение уровней сигнала падающего и отраженного излучений с вертикальной и горизонтальной поляризацией электромагнитной волны соответственно для каждого выбранного угла отражения. В качестве источника падающего излучения используют тепловое радиоизлучение неба, а прием отраженного излучения осуществляют радиометрическим методом, причем дополнительно измеряют уровень сигнала, источником которого является объект, находящийся в термодинамическом равновесии с окружающей средой. На чертеже изобретения представлена, в частности, структурная схема реализации запатентованного способа устройством для его реализации.
Недостатками известных способа и устройства являются их относительно невысокие точность и достоверность измерений в условиях исследования подстилающей поверхности Земли при ее наблюдении с атмосферного или космического летательного аппарата.
Решаемая задача заключается в устранении указанных их недостатков.
Технический результат заключается в снижении погрешности и повышении достоверности определения коэффициентов отражения исследуемой поверхности в процессе геофизических измерений.
Технический результат достигается тем, что в способе определения коэффициентов отражения исследуемой поверхности, в котором в базу данных (БД) автоматизированного комплекса оператором - экспонометристом или роботизированным устройством вводят совокупность корректирующих компьютерных кодов, адекватных оцифрованным фотографиям типа природного образования исследуемой поверхности, далее оператором - экспонометристом или роботизированным устройством с помощью специализированного программного обеспечения (СПО) через автоматизированную систему управления спектральными характеристиками (АСУСХ) заносят в БД совокупность компьютерных кодов, адекватных сезону наблюдения объекта этого типа, для заданного таким образом типа природного образования и заданного времени года выбирают и заводят в БД совокупность компьютерных кодов, адекватных значениям заранее измеренных коэффициентов отражения для дополнительно заданного спектрального диапазона в промежутке от их минимального значения до максимального значения, далее завершают заведение данных в виде совокупности компьютерных кодов, адекватных используемой информации в БД, занесением в нее контура района, в котором наблюдают заданный тип природного или техногенного объекта, далее задают оператором с помощью СПО географические координаты, левую и правую границы спектрального диапазона и дату наблюдения, далее на основе заведенных в БД параметров определяют значения коэффициентов отражения в заданных географических координатах и передают их пользователям в виде воспринимаемых ими значений.
Автоматизированный комплекс для определения коэффициентов отражения исследуемой поверхности включает в себя базу данных (БД), автоматизированную систему управления спектральными характеристиками (АСУСХ), подсистему взаимосвязанных блоков, причем первый вход/выход БД связан с первым входом/выходом подсистемы взаимосвязанных блоков, а второй вход/выход подсистемы взаимосвязанных блоков связан с первым входом/выходом АСУСХ, подсистема взаимосвязанных блоков состоит из последовательно соединенных друг с другом через их входы/выходы блока ввода в БД совокупностей компьютерных кодов, адекватных оцифрованным фотографиям типа природного образования исследуемой поверхност, блока занесения в БД совокупностей корректирующих компьютерных кодов, адекватных сезону наблюдения объекта этого типа, включающего в себя узел специализированного программного обеспечения (СПО), блока ввода в БД совокупностей компьютерных кодов, адекватных значениям заранее измеренных коэффициентов отражения с учетом дополнительно заданного спектрального диапазона, блока ввода совокупностей компьютерных кодов, адекватных контуру района наблюдения заданного типа природного или техногенного объекта, а также полученных от узла СПО географических координат, левой и правой границ спектрального диапазона и даты наблюдения, автоматизированный комплекс также содержит блок оперативного управления, первый выход которого соединен со входом подсистемы взаимосвязанных блоков, управляемый оператором аналитический центр определения искомых значений коэффициентов отражения в заданных географических координатах, вход которого соединен со вторым выходом блока оперативного управления, а первый вход/выход соединен со вторым входом/выходом БД, второй вход/выход соединен с вторым входом/выходом АСУСХ, блок передачи полученных данных пользователям в виде воспринимаемых ими значений параметров, вход/выход которого соединен с третьим входом/выходом управляемого оператором аналитического центра, выход блока передачи полученных данных пользователям в виде воспринимаемых ими значений параметров является выходом автоматизированного комплекса.
Указанный технический результат обеспечивается с помощью предложенных способа и устройства для его осуществления, схематически отраженного на прилагаемом к описанию чертеже.
Фиг. 1 Структурная схема автоматизированного комплекса для осуществления способа определения коэффициентов отражения исследуемой поверхности.
Основные конструктивные особенности заявленного комплекса идентифицированы перечнем их обозначений на Фиг. 1, а именно:
1. Автоматизированный комплекс.
2. База данных (БД).
3. Автоматизированная система управления спектральными характеристиками (АСУСХ).
4. Подсистема взаимосвязанных между собой блоков.
5. Блок ввода в БД совокупностей компьютерных кодов, адекватных оцифрованным фотографиям типа природного образования исследуемой поверхности.
6. Блок занесения в БД совокупностей корректирующих компьютерных кодов, адекватных сезону наблюдения объекта этого типа.
7. Узел специализированного программного обеспечения (СПО).
8. Блок ввода в БД совокупностей компьютерных кодов, адекватных значениям заранее измеренных коэффициентов отражения с учетом дополнительно заданного спектрального диапазона.
9. Блок заведения корректирующих совокупностей компьютерных кодов, адекватных используемой информации в виде контура района наблюдения заданного типа природного или техногенного объекта.
10. Блок оперативного управления
11. Управляемый оператором аналитический центр.
12. Блок передачи полученных данных пользователям в виде воспринимаемых ими значений параметров.
При изложении сущности изобретения необходимо отметить, что указанный технический результат достигается с помощью заявленного способа определения коэффициентов отражения исследуемой поверхности, по которому в базу данных (БД) 2 автоматизированного комплекса 1 оператором (оператором-экспонометристом или роботизированным устройством) вводят совокупность компьютерных кодов, адекватных оцифрованным фотографиям типа природного образования исследуемой поверхности (например, камыш), затем оператором через блок оперативного управления 10 с помощью СПО 7 заносят в БД 2 совокупность компьютерных кодов, адекватных сезону наблюдения объекта этого типа (например, лето).
Для заданного таким образом типа природного образования, заданного времени года и заданного дополнительно спектрального диапазона заводят в БД совокупность компьютерных кодов, адекватных значениям заранее измеренных коэффициентов отражения.
После этого завершают заведение данных в виде совокупности компьютерных кодов, адекватных используемой информации, в БД 2 занесением в нее контура района, в котором наблюдают заданный тип природного или техногенного объекта. При этом задают оператором через блок оперативного управления 10 с помощью СПО географические координаты (точки интереса), левую и правую границы спектрального диапазона и дату наблюдения. Затем на основе заведенных в БД 2 параметров, используя обращения СПО к ней по результатам взаимодействия с оператором в БД, определяют значения коэффициентов отражения в заданных географических координатах в управляемом оператором аналитическом центре 11 и передают их пользователям через блок передачи полученных данных пользователям в виде воспринимаемых ими значений параметров 12.
Для достижения указанного технического результата автоматизированный комплекс 1 для осуществления заявленного способа выполнен в виде совокупности взаимосвязанных между собой базы данных 2 (БД), соединенной с автоматизированной системой 3 управления спектральными характеристиками (АСУСХ). БД и АСУСХ подключены к управляемой оператором (оператором-экспонометристом или роботизированным устройством) через блок оперативного управления 10 подсистеме взаимосвязанных между собой блоков 4, состоящей из последовательно соединенных (или взаимосвязанных между собой) четырех блоков (5-9), конструктивное исполнение которых, а также и других использованных в устройстве, предопределено их указанным назначением и использованием. Первый блок 5 предназначен для ввода в БД совокупностей компьютерных кодов, адекватных оцифрованным фотографиям типа природного образования исследуемой поверхности (например, камыш). Второй блок 6, включающий узел 7 специализированного программного обеспечения (СПО), ориентирован на занесение в БД совокупностей компьютерных кодов, адекватных сезону наблюдения объекта этого типа (например, лето).
Третий блок 8, после задания таким образом, в частности, типа природного образования и необходимого времени года, предназначен для дополнительного ввода спектрального диапазона соответствующих им совокупностей компьютерных кодов, адекватных значениям заранее измеренных коэффициентов отражения. Четвертый блок 9 используется для заведения данных в виде совокупностей компьютерных кодов, адекватных используемой информации в виде контура района наблюдения заданного типа природного или техногенного объекта, а также полученных от блока 6 СПО географических координат (точки интереса), левой и правой границ спектрального диапазона и даты наблюдения. Подсистема 4 вместе с БД 2 и АСУСХ 3 подключена через блок оперативного управления 10 к управляемому оператором аналитическому центру 11 (например, экрану монитора с блоком его управления) определения искомых значений коэффициентов отражения в заданных географических координатах, соединенному с блоком 12 передачи полученных данных пользователям в виде воспринимаемых ими значений параметров.
Для лучшего понимания некоторых особенностей заявленных способа и автоматизированного комплекса для его осуществления, определяемых спецификой практического исследования подстилающей поверхности Земли при ее наблюдении с атмосферного или космического летательного аппарата, целесообразно привести дополнительную информацию. Подстилающей поверхностью называется поверхность Земли при ее наблюдении с атмосферного или космического аппарата. В отличие от фотографирования на Земле съемка поверхности планеты с орбиты и все оптические измерения проводятся в совершенно других условиях. А именно, большая дальность, наличие атмосферной дымки, явление рассеяния света в атмосфере, недостаточная освещенность, наличие мелких деталей с разным контрастом по отношению к фону подстилающей поверхности, движение изображения, его удаленность от объектива, контраст на фоне заднего плана и прочее. Измерения при этом проводятся сканирующим способом непрерывно движущегося изображения исследуемой поверхности с помощью оптико-электронных сканеров.
Вещество подстилающей поверхности (физический материал) определяет, как будет отражать объект при наблюдении на той или иной длине волны. В БД 2 предустановлены некоторые типы (типы, поставляемые вместе с БД 2), именуемые в дальнейшем базовыми типами. Пользователь или оператор не имеет возможность средствами СПО корректировать данные по базовым типам. Сделано это специально, чтобы пользователь неумелыми действиями не нанес себе ущерб. Пользователь или оператор может корректировать данные по пользовательским типам (тем типам, которые он сам завел в БД 2).
Базовые типы подстилающей поверхности разделены на 4 класса с подтипами. Класс 1 - почвенные обнажения. Класс 2 - растительность. Класс 3 - снеговой покров и водные поверхности. Класс 4 - постройки в общем виде.
В настоящее время в БД 2 заведены 6 временных периодов года. В дальнейшем предполагается увеличивать число временных периодов года, чтобы улучшать точность расчета коэффициентов отражения.
1. Зима, снежный покров;
2. Ранняя весна, снега нет, листьев нет;
3. Весна, молодая зелень;
4. Лето, бурная вегетация;
5. Осень, желтые листья;
6. Поздняя осень, снега нет, листьев нет.
До настоящего времени в основном используют итоги фундаментального труда в виде единственного издания - вышедшей в 1947 г. книги автора Кринова Е.Л. «Спектральная отражательная способность природных образований». Используемая технология расчета коэффициентов отражения подстилающей поверхности для спектрозональной съемки опирается на таблицы Кринова. Таблицы приведены в книге, начиная со страницы 120 и до страницы 269.
Кроме таблиц Кринова необходимо наличие трех оцифрованных тематических карт, охватывающих весь земной шар. Первая - карта растительности мира, вторая - почвенная карта мира, третья - температурная или климатическая. К картам почв и растительности особых требований не выставляется. Желательно, чтобы они были как можно более подробные.
Температурная карта состоит из 12 слоев, по одному слою на каждый месяц. Каждый слой содержит среднемесячные значения температуры воздуха. Всего имеется 17 градаций температуры: -48°С, -42°С, -36°С, -30°С, -24°С, -18°С, -12°С, -6°С, 0°С, +5°С, +10°С, +15°С, +20°С, +25°С, +30°С, +36°С, +42°С.
На практике используются: координаты точки наблюдения, дата наблюдения, левая и правая граница спектрального диапазона (длина волны в нанометрах). Зная координаты точки и месяц наблюдения, по климатической карте можно найти температуру. Если дата съемки меньше 15 числа, тогда следует уменьшить дату на месяц, если дата больше 15 числа, тогда следует увеличить дату на месяц и определить новое значение температуры. То есть имеется возможность определить - растет среднемесячная температура или снижается (найти градиент среднемесячной температуры).
Используют также эмпирическое правило:
- когда среднемесячная температура воздуха равна -6°С, тогда устанавливается снежный покров;
- когда среднемесячная температура воздуха равна +5°С, тогда опадают листья;
- когда среднемесячная температура воздуха равна +10°С, тогда распускаются листья.
По картам почв и растительности определяется тип подстилающей поверхности в точке наблюдения.
Как очевидно из вышеизложенного, описанные способ и конструктивное выполнение устройства для его осуществления предопределяют достижение указанного технического результата, что обеспечивается при неразрывной и взаимосвязанной реализации совокупностей существенных признаков, отраженных в формуле изобретения. Относительное снижение погрешности и повышение достоверности определения коэффициентов отражения исследуемой поверхности в процессе геофизических измерений, что подтвердили результаты экспериментов, обусловлены описанными особенностями взаимосвязанных существенных признаков заявленных способа и устройства.
Конструкция устройства ориентирована на возможность его серийного изготовления и применения распространенных материалов и технологий, что обеспечивает соответствие условию «промышленная применимость». Оригинальность совокупностей существенных признаков заявленных способа и устройства предопределяет их соответствие не только условию «новизна», но и «изобретательский уровень».
В числе других достоинств способа и автоматизированного комплекса для определения коэффициентов отражения можно отметить расширение диапазона исследуемых поверхностей при различных условиях, а также удовлетворение интересов увеличенного круга пользователей.