Так же, как и в других областях науки и техники, появление лазера нашло применение и в гидрографии. Способность лазера проникать в различные среды, в том числе и в воду, подтолкнуло ученых и инженеров к созданию принципиально нового технического средства измерения глубины. Ведь лазер не обязательно все разрезает, как это показано в приключенческих кинофильмах. Лазерный луч включает в себя сигналы разной частоты. Частоты можно подобрать таким образом, чтобы они проходили через одну среду, например через воду, и отражались от другой.

Для применения в гидрографии ученые и конструкторы подобрали частоты таким образом, чтобы лазер можно было использовать и для промера глубин. В процессе изучения Мирового океана лазерные лучи разделяют по цвету на красный, синий и зеленый цвета. Каждый луч по отдельности имеет разную проникающую способность и отражается от различных поверхностей. Синий – отражается от поверхности суши, красный – от поверхности воды, а зеленый, имеющий наибольшую проникающую способность, проходит сквозь воду и отражается от поверхности дна, как это показано на рис. 10.9 [34].

Техническое средство измерения глубины, основанное на использовании лазерного луча, получило название ЛИДАР (англ. Light Detection and Ranging – «обнаружение и определение дальности с помощью света»).

Рис. 10.9. Общий принцип работы авиационной сканирующей батиметрической системы ЛИДАР.

ЛИДАР излучает всего один луч, состоящий из красного, синего и зеленого лазера одновременно, и меняет направление излучения таким образом, что обследует всю назначенную полосу съемки без пропусков. Не остается необследованных участков надне. На рис. 10.10 [34] показано, как перемещается луч по поверхности воды в районе моста, соединяющего полуостров Крым с материковой частью России.

Рис. 10.10. Перемещение сканирующего луча ЛИДАР на акватории.

V— направление и скорость движения авиационного носителя ЛИДАР; S – ширина полосы сканирования; Н — высота полета авиационного носителя ЛИДАР; Θ – угол между вертикальной плоскостью, в которой находится авиационный носитель аппаратуры, и направлением излучения сигнала; а — минимальное расстояние между импульсами излучения.

Перед аэрофотосъемкой и космической фотосъемкой акваторий ЛИДАР имеет неоспоримое преимущество, заключающееся в глубине проникновения лазерного луча в толщу воды. Она составляет три величины прозрачности воды. Там, где прозрачность воды 10 метров, ЛИДАР позволяет измерить глубину на 30 метров. Там, где прозрачность воды 50 метров, ЛИДАР позволяет измерить глубину на 150 метров.

Частоту излучаемого импульса ЛИДАР можно настроить таким образом, что он будет отражаться от водорослей. Тогда можно будет построить карту подводной растительности, которая очень пригодится рыбакам, выбирающим места для лова (рис. 10.11 [30]).

Рис. 10.11. Обнаружение областей с зарослями водорослей.

Специалистам-картографам остается так же, как и на аэрофотоснимках, как и на космических снимках, устранить искривление снимка, нанести знаки условных изображений и совместить изображение с координатной сеткой, как это показано на рис. 10.12 [34]. Черновик участка морской карты почти готов.

Рис. 10.12. Получение участка морской карты по результатам работы ЛИДАР.

И так же, как и в предыдущих главах, я снова укажу на недостатки этого технического средства, чтобы вы уяснили – нет ничего совершенного, и для идеального результата необходимы определенные условия.

Такое преимущество лазера, как способность глубоко проникать в воду, практически сводится к нулю низкой четкостью изображений, полученных по результатам работы ЛИДАР, или, как говорят специалисты-гидрографы, «низкой разрешающей способностью». На полученных изображениях мы видим общий рельеф, причем даже в местах, недоступных другим техническим средствам, но подробно рассмотреть, что находится на дне, не можем. Минимальный размер подводного объекта, который способен различить ЛИДАР, составляет куб размером 2 на 2 на 2 метра. Если на дне находится большой камень, представляющий опасность для судов, или небольшой затонувший катер, то он будет пропущен и не нанесен на морские карты.

Таким образом, все неконтактные средства съемки рельефа дна, такие как аэрофотосъемка, космическая съемка, ЛИДАР, не позволяют нам детально и в любом месте обследовать акваторию Мирового океана. Неконтактные средства съемки рельефа дна, как правило, используются в местах со сложным рельефом, там, где работа с судна или шлюпки невозможна. На рис. 10.13 показана возможность работы неконтактными методами в труднодоступных районах с минимальными глубинами.

Рис. 10.13. Возможности неконтактных методов съемки по определению глубин в мелководных районах.

Посмотрите на рис. 10.14 [34]. Как обследовать акваторию в столь сложном районе? Сделать качественную съемку рельефа дна в таком месте можно только с использованием неконтактных методов.

Рис. 10.14. Район со сложным рельефом, где совместное картографирование акватории и территории было выполнено с использованием ЛИДАР.