ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОБ ИНДИКАЦИОННОМ ДЕШИФРИРОВАНИИ КОСМИЧЕСКИХ ФОТОСНИМКОВ

Дешифрирование дистанционных изображений земной поверхности любого тина основано на распознавании объектов с позиций выявления их ландшафтной структуры. Это мнение в настоящее время общепризнано.

В зависимости от масштаба аэрофотоизображений используются различные индикаторы. При дешифрировании аэрофотоснимков крупного масштаба в большей части используются частные индикаторы; геоботаиические, геоморфологические, гидрографические, антропогенные. При дешифрировании аэроснимков среднего и мелкого масштабов ведущую роль играют комплексные индикаторы на уровне эктоярусов элементарных ландшафтов. В теорию аэроландшафтной индикации прочно вошло толкование ландшафта, данное Н. А. Солнцевым, согласно которому таксономическая система ландшафта слагается из трех основных звеньев — фация, урочище, ландшафт.

Фация — это природно-территориальный комплекс (ПТК), в пределах которого сохраняются единая литология материнских почвообразующих пород, единство форм или -элементов микрорельефа, одна почвенная разность и одно растительное сообщество.

В соответствии с рассмотренными выше представлениями ландшафтно-индикационное дешифрирование средне- и мелкомасштабных аэроснимков осуществляется на основе использования в качестве индикаторов эктоярусов фаций, урочищ и типов местности.

Так, при дешифрировании аэроснимков масштабов 1:10 000— 1:25 000 ведущую роль в качестве индикаторов играют эктоярусы фаций и урочищ и частные индикаторы; при дешифрировании снимков масштаба 1:35 000 ведущее значение в качестве индикаторов имеют эктоярусы сложных урочищ и типов местности и частные индикаторы, главным образом геоморфологические; при дешифрировании снимков масштабов 1:45 000— 1:60 000 ведущее значение имеют комплексные индикаторы на уровне эктоярусов местности и ландшафтов, роль же частных индикаторов незначительна. Таким образом, по мере уменьшения масштабов аэрофотоснимков используются различные, но главным образом ландшафтные индикаторы на уровне эктоярусов элементов ландшафтных комплексов, представляющий собой сочетание растительности, рельефа, гидрографических и антропогенных особенностей.

Логически продолжая эту мысль, можно было бы предположить, что при дешифрировании МКФС различных масштабных уровней так же, как и при распознавании аэрофотоснимков, используются ландшафтные индикаторы в форме эктоярусов более сложных элементов ландшафта. Но это верно лишь отчасти. При распознавании крупномасштабных космических фотоснимков с высоким пространственным разрешением на местности

важную роль все же играют эктоярусы сложных урочищ, типов местности и то лишь при дешифрировании снимков масштаба 1:200 000 и крупнее.

На мелкомасштабных МКФС природно-территориальные комплексы отображаются настолько обобщенно, что дешифрирование растительного покрова, особенностей микро- и мезорельефа практически невозможно, так как эти категории получают интегральное выражение. При этом более отчетливо выражаются элементы глубинного строения литосферы через морфотекто- нику регионов, приобретающую важное индикационное значение. По этой причине ведущее индикационное значение при дешифрировании космических снимков средних и мелких масштабов приобретают макро- и мегаформы рельефа и их комплексы, образующие основу рисунка фотоизображения, а растительный покров придает им лишь тональные оттенки, поскольку отражается обобщенно и в структуре фотоизображения не проявляется.

В связи с этим индикационный анализ мелко- и среднемасштабных космических снимков получает чисто геоморфологическое содержание, так как в роли индикаторов выступают фи- зиономичные особенности рельефа, а в роли объектов индикации — его невидимые особенности или же условия, определяющие те или иные особенности строения, генезиса, возраста или динамики рельефа, не отражаемые в структуре фотоизображения данного уровня генерализации.

На каждом определенном масштабном уровне МКФС, в отличие от аэрофотоснимков, роль индикаторов могут играть фи- зиономичные для данного уровня особенности НТК, которые на снимках другого уровня не могут быть физиономичными и даже более того — перейти в группу объектов индикации. Например, дешифрируемые на среднемасштабных снимках разрывные тектонические нарушения распознаются по линеаментному[2] рисунку фотоизображения, образованному определенным сочетанием тоновых и яркостных признаков.

На крупномасштабных снимках это разрывное нарушение может прямым образом не проявиться, но на его наличие в

этом случае будут косвенно указывать (т. е. индицировать) фи- зиономичные компоненты ландшафта, например линейно ориентированные формы экзогенного рельефа, генерализующиеся на более мелкомасштабных снимках, что ‘было проиллюстрировано на рис. 3—5, 22 и 26. Отсюда можно сделать вывод о том, что в зависимости от уровня ‘генерализации используемых снимков тип индикационной связи меняется, поскольку он отражает геоморфологическую структуру объекта дешифрирования и в первую очередь те элементы этой структуры, которые обусловливают формирование оптических свойств — рисунка изображения, его тональные и яркостные свойства, спектральную отражательную способность.

Ряд специалистов понимает под оптическими свойствами местности совокупность элементов яркости объектов земной поверхности и спектральной отражательной способности, наблюдаемых и определяемых с летательных аппаратов. Специальные исследования на эту тему провел Ю. С. Толчельников, результаты которых обобщил в монографии [81]. При этом установлено, что формирование аэрофотоизображения обусловлено сочетанием оптических характеристик местности и прежде всего их яркостью. Опыт дешифрирования МКФС показывает, что фотоизображения различных объектов земной поверхности, полученные из космоса, также характеризуются определенным сочетанием оптических характеристик, однако их генетическая обусловленность коренным образом отличается от аэрофотографи- ческой, поскольку находится в зависимости от степени естественной оптической генерализации.

Г. Б. Гонин экспериментально определил, что с увеличением размера разрешающего элемента на местности происходит перераспределение света и тени, что меняет оптическое поле объекта [26].

Изложенные обстоятельства позволяют ввести основное для индикационного дешифрирования МКФС понятие — модель индикации объектов.

На каждом масштабном уровне МКФС формируется своя модель индикации, характеризующаяся определенным набором физиономичных компонентов ландшафта (индикаторов), объектов индикации (трудно наблюдаемых компонентов ландшафта), типов индикационной связи и областей практического применения результатов индикационного анализа. Поэтому основной за-

Рис. 35. Мелкомасштабный космический снимок на территорию Арало Каспийского региона. Различия фоготона и конфигурация полей с однородным фототоном соответствуют морфоструктурам различного типа

1 — светло-серые (до белого) по фототону поля и системы пятен соответствуют отрицательным морфоструктурам, осложняющим синклинальные впадины (мульды); 2 — серые ноля соответствуют положительным морфоструктурам, осложняющим антиклинальные поднятия; 3 — темно-серые пятна и их системы (до черного) соответствуют морфоструктурам горных систем дачей индикационного анализа, например, в инженерно-геологическом дешифрировании является анализ структуры моделей индикации инженерно-геологических объектов, формирующихся на различных масштабных уровнях МКФС.

Рассмотрим наши представления о структуре индикационных связей, типах моделей индикации применительно к геологическим объектам в трех основных масштабных диапазонах МКФС: мелко-, средне- и крупномасштабном ,(см.

На мелкомасштабных снимках в основе фотоизображений лежит интегрированное отражение морфотектонической структуры регионов, что выражается в виде морфоструктуры современного рельефа И и III порядков (но И. П. Герасимову) — плато, равнины, горные системы, межгорные впадины, котловины, увалы, системы крупных линеаментов, связанных с дизъюнктивной тектоникой. Эти категории образуют фундаментальную основу физико-географических регионов — субстрат, определяющий их ландшафтную дифференциацию. В качестве примера приводится мелкомасштабный снимок, иллюстрирующий вышеизложенное (рис. 35). Тональные и структурные особенности представленного фотоизображения отражают не ландшафтную дифференциацию с точки зрения эктоярусов их морфологических комплексов (по- Н. А. Солнцеву), а дифференциацию макрогеомор- фологической структуры региона на уровне морфоструктур.

Вследствие эффекта естественной оптической генерализации особенности почвенно-растительного покрова, детали микро- и мезорельефа на мелкомасштабных снимках не проявляются дифференцированно, рисунок же фотоизображения здесь формируется сочетанием различных по форме, ориентировке, высотному положению относительно друг друга блоков земной коры и разделяющих их систем тектонических разломов. Границы этих блоков, соответствующих морфоструктурам определенного типа, в горных районах имеют четкую угловатую конфигурацию, в равнинных они несколько расплывчаты, ибо подвержены современной переработке экзоморфогенезом. Таким образом, рисунок фотоизображения на мелкомасштабных снимках формируется морфотектоническими особенностями регионов за счет почти полной демаскировки деталей экзогенного рельефа и растительного покрова. Они имеют индикационное значение при региональном изучении территорий для целей типизации инженерно-геологических условий, и прежде всего при районировании, поскольку пространственное положение, например, формаций горных пород как основных литологических категорий при мелкомасштабном районировании обусловлено морфотектоническими факторами.

На данном масштабном уровне МКФС весьма физионом.ич- ны линейные элементы фотоизображений — линеаменты, образуемые двумя группами признаков, определяющими путь и методику их дешифрирования. Первая группа признаков обеспечивает возможность .прямого их дешифрирования на основе анализа фототона, конфигурации, яркости линеаментов; вторая связана с проведением индикационного распознавания линеаментов при помощи дешифрируемых индикаторов в виде мега- и макрокомплексов форм рельефа, анализа плана и рисунка гидрографической сети. В тех случаях, когда дешифрирование линеаментов осуществляется при помощи индикаторов, индикационный анализ имеет двухступенчатую структуру, опирающуюся на использование индикаторов двух порядков (табл. 5).

Исходя из этого, структура модели индикации в данном случае выглядит следующим образом: элементы морфотектоники — инженерно-геологические условия. Индикационная связь такого типа по своей структуре необычна, если рассматривать ее с точ-

Таблица 5. Двухступенчатая структура индикационного анализа мелкомасштабных МКФС для решения инженерно-геологических задач

ки зрения аэроландшафтной индикации, в процессе которой элементы морфотектоникм, ,в частности разломы и разрывные нарушения, всегда относились к группе объектов индикации. Анализ таких моделей индикации показывает, что при дешифрировании мелкомасштабных снимков происходят изменения в привычной для аэроландшафтной индикации структуре индикационных связей.

В процессе дешифрирования мелкомасштабных МКФС те компоненты ландшафта, которые на аэрофотоснимках являются физиономииными и рассматриваются в качестве индикатороз (растительность, микро- и мезорельеф), генерализуются и в характере фотоизображения дифференцированно не проявляются.

В то же время физиономичными становятся особенности тектоники, не находящие отражения на аэрофотоснимках. В одних случаях они отражаются через морфоструктуру рельефа территории, в других — просвечивают» сквозь толщу рыхлых отложений, не отражаясь в современном рельефе, но проявляясь в структуре фотоизображения комплексом дешифровочных признаков (фотототтом, конфигурацией объектов, яркостным контрастом), в третьих — отражаются прямым образом в виде разрывов и деформаций оплошности горных пород. Основываясь на этом, можно полагать, что при распознавании мелкомасштабных МКФС разрывные тектонические нарушения, в ряде случаев отражающиеся прямым образом, являются фи з ионом ичным элементом фотоизображений и могут рассматриваться в качестве индикаторов трудно наблюдаемых для данного уровня индикации инженерно-геологических объектов и их свойств, в частности границ распространения важнейших геолого-структурных и литологических зон и соответствующих им формаций горных пород, а также определения (по И. П. Герасимову) «горячих точек», т. е. наиболее неблагоприятных районов, в преде^ лах которых возможно интенсивное развитие опасных для строительства природных процессов.

На среднемасштабных снимках основу фотоизображений формирует интегрированное отражение особенностей экзоморфогенеза объектов фотосъемки, которые предопределены пли связаны с морфотектоникой. Рассмотрение экзоморфогенеза в данном аспекте позволяет изучать морфоскульптуру (экзогенный рельеф) как рельефообразующий фактор во взаимодействии с эндоморфогенезом, что имеет индикационное значение. В связи с этим распознавание па МКФС экзогенных форм рельефа и их комплексов может являться достоверным индикатором тех или иных эндогенных процессов в различных формах их проявления. Примером такого типа морфоскульптуры служат сейсмогравитационные формы: оползни, обвалы, карстовые и суффозионные формы в тектонически раздробленных зонах, участки резкого сужения долин рек, эрозионные террасы и т. д.

На среднемаюштабных МКФС отчетливое отображение находит экзогенная морфоекульптура. Формирование ее прямо не связано с эндоморфогенезо'м, но его влияние может осуществляться косвенно через морфоструктуру территории, литологию горных пород и гидрогеологические условия. В качестве примера может служить фрагмент снимка, приведенный па рис. 24. Основу фотоизображения данного снимка формируют крупные черты экзоморфогенеза регионального значения, предопределенные морфотектоникой: крупнейшие долины, эрозионно-тектонические и эрозионно-денудационные формы рельефа и их комплексы, в частности эрозионно-оползневые цирки па склонах, борта которых заложены по линиям разломов. Значительная часть оползневых цирков, если анализировать их пространственную локализацию, приурочена к узлам пересечения разрывных нарушений, часть из которых прямым образом нс дешифрируется. Восстановить их пространственное положение и ориентировку возможно лишь после анализа особенностей морфоскулъп- туры.

Применение МКФС не всегда позволяет устанавливать отдельные формы мезо- и тем более микрорельефа, которые часто генерализуются, за счет чего более отчетливое отображение на космических снимках получают пространственные особенности участков распространения экзогенных форм рельефа. Это дает возможность выделения группировок и типизации их по характеру локализации в пространстве, которые в дальнейшем выступают в качестве индикаторов инженерно-геологических условий.

Исследования автора [56, 60—62, 64] показали, что формирование закономерно локализованных в пространстве экзогенных форм рельефа обусловлено влиянием различных природных факторов, в большинстве случаев — тектоники, литологии горных пород и гидрогеологических условий. В связи с этим основными задачами, возникающими при проведении экзоморфогенной индикации, являются определение участков локализации в пространстве экзогенных форм рельефа и их комплексов, типичных для изучаемой территории, их типизация по геометрическим параметрам и установление связей с различными факторами. На основе получаемых при этом данных выявляют участки повышенной активности неблагоприятных для строительства природных процессов и устанавливают роль различных инженерно-геологических условий в их развитии.

Таким образом, можно полагать, что структура модели индикации при распознавании среднемасштабных космических снимков выглядит следующим образом: пространственная конфигурация морфоскульптуры современного рельефа — инженерно-геологические условия. Причем в группу объектов индикации на данном уровне попадают и элементы морфотектоники, которые при индикационном распознавании мелкомасштабных космических снимков играют роль индикаторов. На данном уровне индикации дешифрирование также имеет геоморфологическое содержание, поскольку рисунок фотоизображения формируется геоморфологическими категориями — особенностями экзоморфогенеза.

На крупномасштабных снимках фотоизображение формируется отражательной способностью эктоярусов ландшафтов, структура которых определяется пространственными взаимосвязями между их морфологическими элементами. В основе его рисунка лежит сочетание особенностей мезорельефа и растительности при ведущем значении первого. Если на мелкомасштабных снимках рисунок фотоизображения формируется только пространственной конфигурацией блоков земной коры, в различной степени отраженных в рельефе, а на среднемасштабных снимках — пространственной конфигурацией морфоскульптуры современного рельефа и внутренней структурой строения его форм, расчлененностью, характером эрозионных, денудационных и аккумулятивных процессов, то на крупномасштабных космических снимках рисунок фотоизображения определяется теми сочетаниями рельефа и растительности, которые формируют естественные эктоярусы сложных урочищ и1 типов местности (по И. Г. Солнцеву). За счет влияния оптической генерализации их отображение на космических фотоснимках интегрируется до такой степени, что растительность играет подчиненную по сравнению с рельефом роль в формировании рисунка фотоизображения, однако влияет на его тональность и структуру. На аэрофотоснимках модели индикации инженерно-геологических условий формируются так же, как и на космических снимках крупных масштабов, но за счет меньшей обзорности и более крупного масштаба роль растительного покрова в формировании рисунка аэрофотоизображения значительно увеличивается до той степени, когда ее д'ифференцированное отражение начинает иметь самостоятельное (частное) индикационное значение. Од-

повременно увеличивается и индикационная роль особенностей микрорельефа.

При дешифрировании крупномасштабных космических фотоснимков индикационная роль растительного покрова может проявиться в случае площадного распространения при доминирующем положении в его составе одной или нескольких группировок, например саксаульники, тамарисковые рощи, елово-пихтовые леса, лишайниковая тундра и т. п. Однако ведущая роль в формировании рисунка фотоизображения на данном уровне генерализации все же принадлежит мезорельефу территории, который определяет его каркасную основу.

Индикационный анализ крупномасштабных МКФС позволяет значительно расширить (по сравнению со среднемасштабны- м'и) перечень решаемых задач — объектов индикации. В их качестве выступают: литологические условия на уровне выявления пространственных границ комплексов четвертичных отложений, их генезиса, инженерно-геологических групп; гидрогеологические условия, влияющие на формирование и динамику рельефа (глубина залегания и минерализация грунтовых вод первого от поверхности водоносного горизонта, участки их разгрузки); экзодинамические условия, в частности изучение стадийности развития экзогенных процессов и характера их активности; возможна также детализация объектов тектоиндикации до определения локальных разрывных нарушений и их инженерно-геологической оценки.

Особ о е 31 im е ни е п риоб р е т зет анализ круп ном а с ш т аб н ы х МКФС при индикации изменений природной среды (и инженерно-геологических условий в частности) в результате техногенного воздействия на нее. В большей степени это относится к определению границ участков с изменением уровней и минерализации грунтовых вод, состав,а и свойств покровных отложений, рельефа, отражающихся через весьма физиономичные проявления в ландшафтах экзогенных и техногенных процессов. Таким образом, структура моделей индикации на уровне распознавания крупномасштабных МКФС по своему типу близка к аэроландшафтной индикации. Индикационная связь здесь осуществляется по схеме:              пространственные особенности сочета

ний рельефа и растительности — инженерно-геологические условия.

Поэтому индикационный процесс в данном случае выполняется по принципам ландшафтно-индикационного анализа.

Проведенный анализ структуры моделей индикации на трех масштабных уровнях МКФС отражает характер э-волюции в структуре моделей индикации и в характере индикационных •связей, которая определяется эффектом естественной оптической генерализации. Явление изменчивости структуры моделей индикации, физический смысл которого состоит в изменении объема содержания индикаторов и объектов индикации в зависимости от уровня естественной оптической генерализации МКФС,

ill

определяет необходимость типизации моделей индикации инженерно-геологических объектов. Она может быть осуществлена по генетическому признаку, т. е. по роли основных факторов, определивших формирование рисунка фотоизображения на космических фотоснимках различных масштабных диапазонов. Это определяет и названия выделяемых типов моделей индикации, в частности эидоморфогениая, экзоморфотенная и фитоэкзомор- фогенная. Каждый тип модели индикации характеризуется определенным масштабным диапазоном МКФС, на котором он фор- мирустся, своим набором индикаторов и объектов индикации, соответствующей ему структурой индикационной связи и областью практического применения результатов индикационного анализа.