Главная | Случайная
Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






Програмный комплекс ENVI

Обзор систем дистанционного зондирования Земли

Введение в ДЗЗ

Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) - это наблюдение и измерение энергетических и поляризационных характеристик собственного и отраженного излучения элементов суши, океана и атмосферы Земли в различных диапазонах электромагнитных волн, способствующие описанию местонахождения, характера и временной изменчивости естественных природных параметров и явлений, природных ресурсов Земли, окружающей среды, а также антропогенных объектов и образований. Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) является также наблюдением поверхности Земли авиационными и космическими средствами, оснащёнными различными видами съемочной аппаратуры. Рабочий диапазон длин волн, принимаемых съёмочной аппаратурой, составляет от долей микрометра (видимое оптическое излучение) до метров (радиоволны). Методы зондирования могут быть пассивные, то есть использовать естественное отраженное или вторичное тепловое излучение объектов на поверхности Земли, обусловленное солнечной активностью, и активные - использующие вынужденное излучение объектов, инициированное искусственным источником направленного действия. Данные Дистанционного зондирования является методом получения информации об объекте или явлении без непосредственного физического контакта с данным объектом. Данные ДЗЗ, полученные с космического аппарата (КА), характеризуются большой степенью зависимости от прозрачности атмосферы. Поэтому на космических аппаратах используется многоканальное оборудование пассивного и активного типов, регистрирующие электромагнитное излучение в различных диапазонах. В современном понимании, термин в основном относится к технологиям воздушного или космического зондирования местности с целью обнаружения, классификации и анализа объектов земной поверхности, а также атмосферы и океана, при помощи распространяемых сигналов (например, электромагнитной радиации). Исходя из этого сигналы разделяются на активное (сигнал сначала излучается самолетом или космическим спутником) и пассивное дистанционное зондирование (регистрируется только сигнал других источников, например, солнечный свет).

Пассивные сенсоры дистанционного зондирования регистрируют сигнал, излучаемый или отраженный объектом либо прилегающей территорией. Отраженный солнечный свет наиболее часто используемый источник излучения, регистрируемый пассивными сенсорами. Примерами пассивного дистанционного зондирования являются цифровая и пленочная фотография, применение инфракрасных, приборов с зарядовой связью и радиометров.

Активные приборы, в свою очередь, излучают сигнал с целью сканирования объекта и пространства, после чего сенсор имеет возможность обнаружить и измерить излучение, отраженное или образованное путём обратного рассеивания. Примерами активных сенсоров дистанционного зондирования являются радар и лидар, которыми измеряется задержка во времени между излучением и регистрацией возвращенного сигнала, таким образом, определяя размещение, скорость и направление движения объекта.

Космические аппараты дистанционного зондирования Земли используются для изучения природных ресурсов Земли и решения задач метеорологии. Космические аппараты для исследования природных ресурсов оснащаются в основном оптической или радиолокационной аппаратурой. Преимущества последней заключаются в том, что она позволяет наблюдать поверхность Земли в любое время суток, независимо от состояния атмосферы. Дистанционное зондирование предоставляет возможность получать данные об опасных, труднодоступных и быстродвижущихся объектах, а также позволяет проводить наблюдения на обширных участках местности. Примерами применения дистанционного зондирования может быть мониторинг вырубки лесов (например, в бассейне Амазонки), состояния ледников в Арктике и Антарктике, измерение глубины океана с помощью лота. Дистанционное зондирование также приходит на замену дорогостоящим и сравнительно медленным методам сбора информации с поверхности Земли, одновременно гарантируя невмешательство человека в природные процессы на наблюдаемых территориях или объектах. При помощи орбитальных космических аппаратов ученые имеют возможность собирать и передавать данные в различных диапазонах электромагнитного спектра, которые, в сочетании с более масштабными воздушными и наземными измерениями и анализом, обеспечивают необходимый спектр данных для мониторинга актуальных явлений и тенденций в долгосрочной перспективе. Дистанционное зондирование также имеет прикладное значение в сфере геонаук (к примеру, природопользование), сельском хозяйстве (использование и сохранение природных ресурсов), национальной безопасности (мониторинг приграничных областей). Как правило, лучшим временем для получения данных методами дистанционного зондирования является летнее время (в частности, в эти месяцы наибольший угол солнца над горизонтом и наибольшая длительность дня). Исключением из этого правила является получение данных с помощью активных датчиков (например, Радар, Лидар), а также тепловых данных в длинноволновом диапазоне. В тепловидении, при котором датчики проводят измерения тепловой энергии, лучше использовать промежуток времени, когда разница температуры земли и температуры воздуха наибольшая. Таким образом, лучшее время для этих методов – холодные месяцы, а также несколько часов до рассвета в любое время года. Кроме того, есть еще некоторые аспекты, которые нужно учитывать. С помощью радара, например, нельзя получать изображение голой поверхности земли при толстом снежном покрове; то же самое можно сказать и о лидаре. Тем не менее, эти активные сенсоры нечувствительны к свету (или его отсутствию), что делает их отличным выбором для применения к высоких широтах. Кроме того, как радар, так и лидар способны (в зависимости от используемых длин волн) получать изображения поверхности под пологом леса, что делает их полезными для применения в сильно заросших регионах. Спектральные методы получения данных (как стереоизображения, так и мультиспектральные методы) применимы в основном в солнечные дни; данные, собранные в условиях низкой освещенности, как правило, имеют низкий уровень сигнала / шума, что усложняет их обработку и интерпретацию. К тому же, в то время как стереоизображения способны отображать и идентифицировать растительность и экосистемы, при помощи этого метода (как и при мультиспектральном зондировании) невозможно проникнуть под навес деревьев и получить изображения земной поверхности. Основная цель мультиспектральных исследований и анализа полученных данных – это объекты и территории, излучающие энергию, что позволяет выделять их на фоне окружающей среды. Материалы дистанционного зондирования (ДЗ) являются частью большой системы сбора, переработки, регистрации и использования данных. Правильно организованная система дистанционных исследований должна быть ориентирована на решение конкретных геологических задач, обусловливающих выбор орбит космических носителей, набор датчиков, характер сбора, переработки и передачи на наземные комплексы первичных данных и тип представляемых материалов.

Система ДЗЗ состоит из нескольких взаимосвязанных элементов, или блоков. Сцена - это то, что находится перед датчиком; построение геологической модели сцены является в самом общем виде той целью, ради которой создается система. Изучение сцены на расстоянии возможно благодаря тому, что она обнаруживает себя в физических полях, которые могут быть измерены.

Наиболее часто используются излученные или отраженные электромагнитные волны, в последнем случае необходим источник освещения, пассивный (например. Солнце) или активный (лазеры, радиолокаторы и др.). Физические поля измеряются датчиками, входящими в состав высотного комплекса, который кроме измерений служит для первичной обработки и передачи данных на Землю. Данные, закодированные в электромагнитном сигнале или записанные на твердотельные носители (фотопленки, магнитные ленты и пр.), доставляются в наземный комплекс, в котором происходит их прием, обработка, регистрация и хранение. После обработки данные обычно переписываются в кадровую форму и выдаются в качестве материалов дистанционного зондирования, которые по традиции называются космическими снимками. Пользователь, опираясь на внешнюю базу знаний, а также собственный опыт, интуицию, проводит анализ и интерпретацию материалов ДЗ и создает геологическую модель сцены, которая и является формой регистрации решения поставленной проблемы. Достоверность модели проверяется сопоставлением, или идентификацией модели и сцены; идентификация замыкает систему и делает ее пригодной для прикладного пользования. Системы ДЗ разрабатываются в двух вариантах – ориентированные на изображение и ориентированные на число. Первый вариант рассчитан на визуальное дешифрирование материалов ДЗ, которые в связи с этим

предоставляются пользователю в виде космических снимков. Второй учитывает возможность автоматического (компьютерного) распознавания геологических и других образов. Образные и числовые варианты дистанционного зондирования дополняют друг друга. Несмотря на то что технология автоматического распознавания образов появилась позже и связана с прогрессивным и дорогим техническим обеспечением, визуальный анализ и геологическая (экологическая) интерпретация КС сохраняют свое лидирующее положение. Чтобы понять причины этой ситуации, необходимо рассмотреть основные способы получения материалов дистанционного зондирования и сопоставить принципы, лежащие в основе автоматического и визуального дешифрирования.

 

 

Рисунок 1. Структурная схема системы дистанционного зондирования

 

Идеальная схема дистанционного зондирования показана на рисунке 2. Ее составляющими являются источник электромагнитного излучения, процесс распространения излучения и его взаимодействие с веществом объекта, ответный сигнал, регистрация данных и предоставление их потребителям. В этой модели источник генерирует электромагнитное излучение с высоким уровнем энергии во всем диапазоне длин волн, причем интенсивность излучения является известной величиной, которая не зависит от длины волны. Излучение не взаимодействует с атмосферой и распространяется через нее без потери энергии. Падающее излучение взаимодействует с веществом объекта, в результате чего возникает отраженное либо собственное вторичное излучение, однородное во всем диапазоне длин волн. Излучение от объекта попадает на сенсор, который регистрирует пространственную информацию. Идеальный сенсор должен иметь простую и компактную конструкцию и обладать высокой точностью. Кроме того, он должен почти не потреблять энергии для своей работы. Данные, зарегистрированные сенсором, передаются на наземную станцию, где мгновенно преобразуются в интерпретируемую форму, которая позволяет идентифицировать все части изучаемого объекта по их физическим, химическим и биологическим свойствам. В этом виде данные предоставляются потребителям, которые, тем не менее, должны обладать большим опытом использования материалов ДЗ в своих предметных областях.

 

 

 

 

Рисунок 2. Идеальная схема дистанционного зондирования

 

Конечно, на практике идеальной системы дистанционного зондирования не существует в силу следующих причин: ни один источник не способен обеспечить однородность потока излучения как в пространстве, так и во времени; из-за взаимодействия излучения с газами атмосферы, молекулами водяного пара и атмосферными частицами изменяется интенсивность излучения и его спектр; одно и то же вещество при разных условиях может иметь разную спектральную чувствительность; на практике не существует идеального сенсора, с помощью которого можно было бы регистрировать все длины волн электромагнитного спектра; из-за технических ограничений передача данных и их интерпретация иногда выполняются с задержкой по времени. Формат передаваемых данных также может отличаться от того, который требуется потребителю, и в результате потребитель получает данные в нужном формате лишь спустя некоторое время; потребители могут не обладать необходимой информацией о параметрах сбора данных ДЗ и не иметь достаточного опыта для их анализа и дешифрирования.

 

1.2 История развития методов дистанционного зондирования и современное состояние аэрокосмического зондирования.

 

Дистанционные методы применяются в исследованиях Земли очень давно. Вначале использовались рисованные снимки, которые фиксировали пространственное расположение изучаемых объектов. С изобретением фотографии возникла наземная фототеодолитная съемка, при которой по перспективным фотоснимкам составляли карты горных районов. Развитие авиации обеспечило получение аэрофотоснимков с изображением местности сверху, в плане. Это вооружило науки о Земле мощным средством исследований - аэрометодами. Понятие дистанционного зондирования появилось в XIX веке вслед за изобретением фотографии, а одной из первых областей, в которых стали применять этот метод, стала астрономия. Впоследствии, дистанционное зондирование начали использовать в военной области для сбора информации о противнике и принятия стратегических решений. Во время Гражданской войны в США фотоснимки, полученные с помощью неуправляемых летательных аппаратов, служили для наблюдения за перемещением войск, подвозом припасов, ходом фортификационных работ и для оценки эффекта артиллерийских обстрелов. В результате исследований, которые финансировались различными государствами, были разработаны технологии, позволившие создать сенсоры сначала для военных целей, а затем и для гражданского применения этого метода. После Второй мировой войны метод дистанционного зондирования стали использовать для наблюдения за окружающей средой и оценки развития территорий, а также в гражданской картографии. В 60-х годах XX века, с появлением космических ракет и спутников, дистанционное зондирование вышло в космос. Новая эра дистанционного зондирования связана с пилотируемыми космическими полетами, разведывательными, метеорологическими и ресурсными спутниками. Возможности ДЗ в военной области значительно возросли после 1960 года в результате запуска разведывательных спутников в рамках программ Corona, Argon и Lanyard, целью которых было получение фотоснимков с низких орбит. Вскоре были получены стереопары снимков с разрешением 2 метра. Первые спутники работали на орбите от семи до восьми дней, но уже следующие поколения этих аппаратов были способны поставлять данные в течение нескольких месяцев. В результате осуществления программ пилотируемых полетов, которые были начаты в США в 1961 году, человек впервые высадился на поверхность Луны (1969 г.). Следует отметить программу Mercury, в рамках которой были получены снимки Земли, систематический сбор данных дистанционного зондирования во время проекта Gemini (1965-1966 гг.), программу Apollo (1968-1975 гг.), в ходе которой велось дистанционное зондирование земной поверхности (ДЗЗ) и состоялась высадка человека на Луну, запуск космической станции Skylab (1973-1974 гг.), на которой проводились исследования земных ресурсов, полеты космических кораблей многоразового использования, которые начались в 1981 году, а также получение многозональных снимков с разрешением 100 метров в видимом и близком инфракрасном диапазоне с использованием девяти спектральных каналов. В Советском Союзе, а затем в России космические программы развивались параллельно космическим программам США. Полет Юрия Гагарина 12 апреля 1961 года, ставший первым полетом человека в космос, запуски космических кораблей «Восток» (1961-1963 гг.), «Восход» (1964-1965 гг.) и «Союз», работа на орбите космических станций «Салют» (впервые 19 апреля 1971 года). Первый метеорологический спутник был запущен в США 1 апреля 1960 года. Он использовался для прогноза погоды, наблюдения за перемещением циклонов и других подобных задач. Первым среди спутников, которые применялись для регулярной съемки больших участков земной поверхности, стал TIROS-1 {Television and Infrared Observation Satellite). Первый специализированный спутник был запущен в 1972 году. Он назывался ERTS-1 (Earth Resources Technology Satellite) и использовался, в основном, для целей сельского хозяйства. В настоящее время спутники этой серии носят название Landsat. Они предназначены для регулярной многозональной съемки территорий со средним разрешением. Позже, в 1978 году, был запущен первый спутник со сканирующей системой SEASAT, но он передавал данные всего три месяца. Первый французский спутник серии SPOT, с помощью которого можно было получать стереопары снимков, был выведен на орбиту в 1985 году. Запуск первого индийского спутника дистанционного зондирования, названного IRS(Indian Remote Sensing), состоялся в 1988 году. Япония также вывела на орбиту свои спутники JERS и MOS. Начиная с 1975 года, Китай периодически запускал собственные спутники, но полученные ими данные до сих пор находятся в закрытом доступе. Европейский космический консорциум вывел на орбиту свои радарные спутники ERS в 1991 и 1995 годах, а Канада - спутник RADARSAT в 1995 году. История развития аэрокосмических методов свидетельствует о том, что новые достижения науки и техники сразу же используются для совершенствования технологий получения снимков. Так произошло в середине XX века, когда такие новшества, как компьютеры, космические аппараты, радиоэлектронные съемочные системы, совершили революционные преобразования в традиционных аэрофотометодах – зародилось аэрокосмическое зондирование. Космические снимки предоставили геоинформацию для решения проблем регионального и глобального уровней. В настоящее время отчетливо проявляются следующие тенденции поступательного развития аэрокосмического зондирования: космические снимки, оперативно размещаемые в интернете, становятся наиболее востребованной видеоинформацией о местности как для специалистов-профессионалов, так и для широких слоев населения; разрешение и метрические свойства космических снимков открытого доступа быстро повышаются, получают распространение орбитальные снимки сверхвысокого разрешения – метрового и даже дециметрового, которые успешно конкурируют с аэроснимками; аналоговые фотографические снимки и традиционные технологии их обработки утрачивают свое прежнее монопольное значение; основным обрабатывающим прибором стал компьютер, оснащенный специализированным программным обеспечением и периферией; развитие всепогодной радиолокации превращает ее в прогрессивный метод получения метрически точной пространственной геоинформации, который начинает эффективно комплексироваться с оптическими технологиями аэрокосмического зондирования; быстро формируется рынок разнообразной продукции аэрокосмического зондирования Земли. Неуклонно увеличивается число коммерческих космических аппаратов, функционирующих на орбитах, особенно зарубежных. Наибольшее применение находят снимки, получаемые ресурсными спутниковыми системами Landsat (США), SPOT (Франция), IRS (Индия), картографическими спутниками ALOS (Япония), Cartosat (Индия), спутниками сверхвысокого разрешения Ikonos, QiuckBird, GeoEye(США), в том числе радиолокационными TerraSAR-X и TanDEM-X (Германия), выполняющими тандемную интерферометрическую съемку. Успешно эксплуатируется система спутников космического мониторинга RapidEye (Германия). Аэрокосмические снимки - основной результат аэрокосмических съемок, для выполнения которых используют разнообразные авиационные и космические носители.

 

Носители съемочной аппаратуры

 

Аэрокосмический снимок - это двумерное изображение реальных объектов, которое получено по определенным геометрическим и радиометрическим (фотометрическим) законам путем дистанционной регистрации яркости объектов и предназначено для исследования видимых и скрытых объектов, явлений и процессов окружающего мира, а также для определения их пространственного положения. Диапазон масштабов современных аэрокосмических снимков огромен: он может меняться от 1:1000 до 1:100 000 000, т. е. в сто тысяч раз. При этом наиболее распространенные масштабы аэрофотоснимков лежат в пределах 1:10000 - 1:50000, а космических - 1:200000 - 1:10000000. Все аэрокосмические снимки принято делить на аналоговые (обычно фотографические) и цифровые (электронные). Изображение цифровых снимков образовано из отдельных одинаковых элементов – пикселей (от англ. рicture element - рixel); яркость каждого пиксела характеризуется одним числом. Аэрокосмические снимки как информационные модели местности характеризуются рядом свойств, среди которых выделяют изобразительные, радиометрические (фотометрические) и геометрические. Изобразительные свойства характеризуют способность снимков воспроизводить мелкие детали, цвета и тоновые градации объектов, радиометрические свидетельствуют о точности количественной регистрации снимком яркостей объектов, геометрические характеризуют возможность определения по снимкам размеров, длин и площадей объектов и их взаимного положения. Важными показателями снимка служат охват и пространственное разрешение. Обычно для исследований требуются снимки большого охвата и высокого разрешения. Однако удовлетворить эти противоречивые требования в одном снимке не удается. Обычно чем больше охват получаемых снимков, тем ниже их разрешение. Поэтому приходится идти на компромиссные решения либо выполнять одновременно съемку несколькими системами с различными параметрами.

 

1.3 Этапы дистанционного зондирования и анализа данных

 

Оптимальный способ использования данных наблюдения поверхности Земли со спутников заключается в том, чтобы анализировать их совместно с информацией из других источников, в этом случае они становятся необходимой составляющей процесса принятия решений и моделирования в любой предметной области. Еще один важный принцип дистанционного зондирования – многокомпонентность - реализуется в виде различных методов съемки и анализа данных.

Стереосъемка.

Получение снимков с перекрытием из нескольких последовательных точек орбиты позволяет получить более точное представление о трехмерных объектах и повысить отношение сигнал/шум.

Многозональная съемка.

Использование многозональных снимков основано на уникальности тоновых характеристик различных объектов. Объединение яркостных данных из снимков в различных спектральных диапазонах позволяет безошибочно выделять определенные пространственные структуры. Съемку с использованием большого числа (более 10) узких съемочных зон называют гиперспектральной. Многозональный снимок представлен серией зональных изображений, которые различаются в соответствии с особенностями спектральной яркости объектов съемки. При использовании большого числа (до нескольких сотен) узких спектральных зон такую съемку называют гиперспектральной, а снимок - гиперспектральным. При гиперспектральной съемке увеличивается возможность выделения объектов, характеризующихся наличием полос поглощения, что характерно, например, для загрязнений. Многозональная и гиперпектральная съемки позволяют более эффективно использовать различия в спектральной яркости объектов съемки для их дешифрирования. К этому виду снимков можно отнести также радиолокационные снимки, получаемые как при регистрации отраженных радиоволн разной длины, так и при разной их поляризации. При работе с многозональными снимками применяется ряд приемов. Наиболее универсальный - синтезирование цветного изображения при целенаправленном выборе набора зон и их окрашивании для выделения интересующих исследователя объектов. Работа с серией зональных снимков основывается на учете различий в спектральной яркости исследуемых объектов в используемых спектральных зонах, например, яркости растительности в красной и ближней инфракрасной зонах. Это реализуется сопоставлением зональных изображений при визуальном дешифрировании (приемы сопоставительного дешифрирования) и классификацией объектов по спектральным признакам при компьютерном дешифрировании. Работа с очень большим числом съемочных зон гиперспектральных снимков, затруднена, поэтому по ним создаются так называемые индексные изображения на основе расчета специально выбранных спектральных индексов, способствующих выделению определенного типа объектов (вегетационные индексы для дешифрирования свойств растительности, индекс влажности почв, заснеженности территории, концентрации фитопланктона и др.).

Многовременная, многоуровневая и многополяризационная съемки. Плановая съемка в заранее определенные даты позволяет выполнять сравнительный анализ снимков тех объектов, характеристики которых изменяются во времени. Съемку с различными уровнями дискретизации (многоуровневая) используют для получения все более подробной информации об изучаемой территории. Как правило, весь процесс сбора данных подразделяют на три уровня: космическая съемка, аэросъемка и наземные исследования. Снимки, полученные методом многополяризационной съемки, используют для проведения границ между объектами на основе различий в поляризационных свойствах отраженного излучения. Так, например, отраженное излучение от водной поверхности обычно более сильно поляризовано, чем отраженное излучение от растительного покрова. Комбинированный метод заключается в использовании многовременной, многозональной и многополяризационной съемки.

Междисциплинарный анализ представляет собой процесс, при котором обработку и дешифрирование данных выполняют несколько человек, специализирующихся в разных предметных областях. Это позволяет получить более полную и достоверную информацию о состоянии природных ресурсов. Результаты такого анализа обычно представляют в виде набора тематических карт. Подавляющее большинство данных дистанционного зондирования имеет географическую привязку. Поскольку такие данные изучают, как правило, во взаимосвязи друг с другом, для каждодневной работы и принятия решений необходимо иметь эффективное средство манипулирования данными. Таким автоматизированным средством является географическая информационная система - инструмент единого подхода к управлению и обработке пространственной информации, включая и материалы дистанционного зондирования.

 

1.4 Техника получения материалов дистанционного зондирования

 

Аэрокосмическую съемку ведут в окнах прозрачности атмосферы используя излучение в разных спектральных диапазонах – световом (видимом, ближнем и среднем инфракрасном), тепловом инфракрасном и радиодиапазоне.

Рисунок 3. Окна прозрачности атмосферы

 

В каждом из диапазонов применяют разные технологии получения изображения и в зависимости от этого выделяются несколько типов снимков

 

 

 

Рисунок 4. Классификация космических снимков по спектральным диапазонам и технологиям получения изображения

 

Снимки в световом диапазоне делятся на фотографические и сканерные, которые в свою очередь подразделяются на полученные оптико-механическим сканированием (ОМ-сканерные) и оптико-электронным с использованием линейных приемников излучения на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС-сканерные). На таких снимках отображаются оптические характеристики объектов – их яркость, спектральная яркость. Применяя многозональный принцип съемки, получают в этом диапазоне многозональные снимки, а при большом числе съемочных зон – гиперспектральные, использование которых основано на спектральной отражательной способности объектов съемки, их спектральной яркости. Проводя съемку с использованием приемников теплового излучения (тепловую съемку), получают тепловые инфракрасные снимки. Съемку в радиодиапазоне ведут, применяя как пассивные, так и активные методы, и в зависимости от этого снимки делятся на микроволновые радиометрические, получаемые при регистрации собственного излучения исследуемых объектов, и радиолокационные снимки, получаемые при регистрации отраженного радиоизлучения, посылаемого с носителя радиолокационной съемке. Отличительной чертой КС является высокая степень обзорности, охват одним снимком больших площадей поверхности. В зависимости от типа применяемой аппаратуры и фотопленок, фотографирование может производиться во всем видимом диапазоне электромагнитного спектра, в отдельных его зонах, а также в ближнем ИК (инфракрасном) диапазоне. Масштабы съемки зависят от двух важнейших параметров: высоты съемки и фокусного расстояния объектива. Космические фотоаппараты в зависимости от наклона оптической оси позволяют получать плановые и перспективные снимки земной поверхности. В настоящее время используется фотоаппаратура с высоким разрешением, позволяющая получать КС с перекрытием 60% и более. Спектральный диапазон фотографирования охватывает видимую часть ближней инфракрасной зоны (до 0,86 мкм). В настоящее время для съемок из космоса наиболее часто используются многоспектральные оптико-механические системы - сканеры, установленные на ИСЗ различного, назначения. При помощи сканеров формируются изображения, состоящие из множества отдельных, последовательно получаемых элементов. Термин "сканирование" обозначает развертку изображения при помощи сканирующего элемента (качающегося или вращающегося зеркала), поэлементно просматривающего местность поперек движения носителя и посылающего лучистый поток в объектив и далее на точечный датчик, преобразующий световой сигнал в электрический. Этот электрический сигнал поступает на приемные станции по каналам связи. Изображение местности получают непрерывно на ленте, составленной из полос - сканов, сложенных отдельными элементами - пикселями. Сканерные изображения можно получить во всех спектральных диапазонах, но особенно эффективным является видимый и ИК - диапазоны.

Радиолокационная съемка обеспечивает получение изображений земной поверхности и объектов, расположенных на ней, независимо от погодных условий, в дневное и ночное время благодаря принципу активной радиолокации: отправление зондирующих сигналов излучающей антенной и прием отраженных сигналов с последующим преобразованием их в изображения или извлечением информации о разности фаз посланного и отраженного сигнала. Технология радиолокации была разработана еще в 30-х гг. прошлого века для военных целей. Основной задачей радиолокации тогда было обнаружение цели, определение ее местоположения, скорости и направления перемещения. Эта задача многократно успешно решалась в ходе второй мировой войны. Однако сразу после войны, в январе 1946 г. был получен отраженный радиосигнал от Луны, показавший не только военную, но и научную ценность радиолокации. Применение радиолокаторов для изучения поверхности Земли началось еще в 1960-е гг., при размещении их на самолетах для зондирования территорий, находящихся сбоку от направления полета. Они известны под названием радиолокаторов бокового обзора. С их помощью впервые было выполнено картографирование территорий бассейна Амазонки, постоянно скрытых облачностью. Радиолокационная съемка Земли ведется в нескольких участках диапазона длин волн (1 см -1 м) или частот (40 ГГц - 300 МГц). Характер изображения местности на радиолокационном снимке зависит от соотношения между длиной волны и размерами неровностей местности: поверхность может быть в разной степени шероховатой или гладкой, что проявляется в интенсивности обратного сигнала и, соответственно, яркости соответствующего участка на снимке. В последнее время все более широкое распространение получает радиолокационная интерферометрия - метод обработки данных радиолокации, основанный на выделении разности фаз сигналов, отраженных разными участками местности. Он позволяет вычислить путь, пройденный радиоволнами до поверхности Земли и, соответственно, получить высокоточную информацию как об абсолютных высотах местности, так и о смещениях поверхности, обусловленных разными факторами. Интерферометрия предполагает совместную обработку не менее двух результатов съемки одного и того же участка земной поверхности, зафиксированных антенной при повторных наблюдениях (двухпроходная интерферометрия), или двумя антеннами, одновременно принимающими сигнал от одной точки под разными углами (однопроходная интерферометрия). Интерферометрические данные наиболее современных спутников Cosmo-Skymed и TerraSAR-X при режимах съемки с пространственным разрешением 1 м пригодны для создания и обновления топографических карт, вплоть до масштаба 1:10000. 21 июня 2010 г. с космодрома Байконур произведен запуск спутника TanDEM-X, составляющего пару со спутником TerraSAR -X, предназначенного для синхронной радиолокационной съемки поверхности Земли. Целью программы TerraSAR-X/TanDEM-X является создание в 2013 г. в результате маршрутной съемки глобальной цифровой модели с пространственным разрешением до 3 м при абсолютной точности высотного положения точек 10 м, а относительной - 2 м.

Инфракрасная (ИК), или тепловая, съемка основана на выявлении тепловых аномалий путем фиксации теплового излучения объектов Земли, обусловленного эндогенным теплом или солнечным излучением. 0на. широко применяется в геологии. Температурные неоднородности поверхности Земли возникают в результате неодинакового нагрева различных ее участков. Инфракрасный диапазон спектра электромагнитных колебаний условно делится на три части (в мкм):

·ближний (0,74-1,35),

·средний (1,35-3,50)

·дальний (3,50-1000).

Солнечное (внешнее) и эндогенное (внутреннее) тепло нагревает геологические объекты по-разному в зависимости от литологических свойств пород, тепловой инерции, влажности, альбедо и многих других причин. ИК-излучение, проходя через атмосферу, избирательно поглощается, в связи с чем тепловую съемку можно вести только в зоне расположения так называемых "окон прозрачности" - местах пропускания ИК - лучей. Опытным путем выделено четыре основных окна прозрачности (в мкм): 0,74-2,40; 3,40-4,20; 8,0-13,0; 30,0-80,0. Некоторые исследователи выделяют большее число окон прозрачности. в первом окне (до 0,84 мкм) используется отраженное солнечное излучение. Здесь можно применять специальные фотопленки и работать с красным фильтром. Съемка в этом диапазоне называется ИК-фотосъемкой. В других окнах прозрачности работают измерительные приборы - тепловизоры, преобразующие невидимое ИК-излучение в видимое с помощью электроннолучевых трубок, фиксируя тепловые аномалии. На ИК- изображениях светлыми тонами фиксируются участки с низкими температурами, темными -с относительно более высокими. Яркость тона прямо пропорциональна интенсивности тепловой аномалии. ИК-съемку можно проводить в ночное время. На ИК-снимках, полученных с ИСЗ, четко вырисовывается береговая линия, гидрографическая сеть, ледовая обстановка, тепловые неоднородности водной среды, вулканическая деятельность и т. п. ИК-снимки используются для составления тепловых карт Земли. Линейно-полосовые тепловые аномалии, выявляемые при ИК-съемке, интерпретируются как зоны разломов, а площадные и концентрические - как тектонические или орографические структуры. Например, наложенные впадины Средней Азии, выполненные рыхлыми кайнозойскими отложениями, на ИК-снимках дешифрируются как площадные аномалии повышенной интенсивности. Особенно ценна информация, полученная в районах активной вулканической деятельности. В настоящее время накоплен опыт использования ИК-съемки для изучения дна шельфа. Этим методом по разнице температурных аномалий поверхности воды получены данные о строении рельефа дна. При этом использован принцип, согласно которому при одинаковом облучении поверхности воды на более глубоких участках водных масс энергии на нагревание расходуется больше, чем на более мелких. В результате температура поверхности воды над более глубокими участками будет ниже, чем над мелкими. Этот принцип позволяет на ИК-изображениях выделять положительные и отрицательные формы рельефа, подводные долины, банки, гряды и т. п. ИК-съемка в настоящее время применяется для решения специальных задач, особенно при экологических исследованиях, поисках подземных вод и в инженерной геологии.

 

1.5 Дешифрирование и обработка цифровых снимков

 

Необходимая для исследований информация (предметно-содержательная и геометрическая) извлекается из снимков двумя основными методами, это дешифрирование и фотограмметрические измерения. Дешифрирование, которое должно дать ответ на основной вопрос – что изображено на снимке, позволяет получать предметную, тематическую (в основном качественную) информацию об изучаемом объекте или процессе, его связях с окружающими объектами. В визуальном дешифрировании обычно выделяют чтение снимков и их интерпретацию (толкование). Умение читать снимки базируется на знании дешифровочных признаков объектов и изобразительных свойств снимков. Глубина же интерпретационного дешифрирования существенно зависит от уровня подготовки исполнителя. Чем лучше знает дешифровщик предмет своего исследования, тем полнее и достовернее информация, извлекаемая из снимка. Фотограмметрическая обработка (измерения) призвана дать ответ на вопрос – где находится изучаемый объект и каковы его геометрические характеристики: размер, форма. Для этого выполняется трансформирование снимков, их изображение приводится в определенную картографическую проекцию. Это позволяет определять по снимкам положение объектов и их изменение во времени.

Дешифрирование определяют как процесс изучения снимков с целью идентификации объектов и оценки их значимости. Дешифрирование является сложной задачей, для решения которой необходимо выполнить ряд работ по классификации и подсчету количества объектов, измерению их параметров и определению границ. Первым этапом дешифрирования является классификация объектов, в ходе которой оператор относит различные объекты на снимке к определенным классам или кластерам. Процедура классификации также состоит из нескольких этапов, первым из которых является выделение пространственных объектов. Затем на этапе распознавания устанавливается тождество между отдельными объектами и соответствующими классами. Для выполнения этого шага необходимы дополнительные знания об изучаемой территории. Наконец, на заключительном этапе, который называется идентификацией, каждый объект на снимке приписывается с некоторой степенью вероятности к одному из определенных классов. Следующий этап дешифрирования - подсчет количества объектов на снимке - во многом зависит от того, насколько точно была проведена их классификация. Третий этап состоит в определении геометрических характеристик объекта: длины, площади, объема и высоты. К этому этапу относится и денситометрия - измерение яркостных характеристик объекта. Последний этап заключается в определении контуров однородных по своим свойствам объектов или пространственных областей, которые при этом закрашиваются определенным цветом или штриховкой. Эту задачу проще выполнять при наличии у объектов четких границ и гораздо сложнее там, где свойства объектов изменяются плавно, например, на границе водоема и песчаных почв. Для успешного дешифрирования очень важно понимать, от каких параметров зависит представление объекта на снимке. Дешифровочные признаки - свойства объектов, которые прямо или косвенно находят отображение на снимках и обеспечивают распознавание объектов. Использование дешифровочных признаков составляет основу визуального дешифрирования снимков, которое, наряду с измерениями, представляет собой основной метод извлечения информации со снимков. Дешифровочные признаки делят прямые и косвенные. Свойства объектов, находящие непосредственное отображение на снимках, принято называть прямыми дешифровочными признаками. К ним относятся три группы признаков:

·геометрические (форма, тень, размер);

·яркостные (фототон, уровень яркости, цвет, спектральный образ);

·структурные (текстура, структура, рисунок изображения).

Размер объекта зависит от масштаба. Как правило, при дешифрировании анализируются относительные размеры объектов на одном и том же снимке. Например, размер частного дома должен быть меньше размера крупного торгового центра. Форма объекта или его контуров является очень четким критерием дешифрирования. Как правило, объекты, созданные человеком (например, дороги, каналы, здания), имеют четкие границы и правильную форму, а форма природных объектов - лесных массивов, водоемов и пр. является очень нерегулярной.

Тон объекта характеризует его относительную яркость или цвет. Это один из наиболее важных качественных критериев дешифрирования. Обычно тон объекта определяется как темный, средний или яркий. Структура изображения определяется взаимным расположением объектов на снимке. Как правило, отчетливая и хорошо распознаваемая структура возникает в местах периодически повторяемых тонов и текстур. Так, например, разную структуру образуют упорядоченные дома в городе и деревья в саду. Текстура, или частота изменений тона в определенной области снимка, является качественным параметром и обычно характеризуется как резкая или плавная. Например, сухие песчаники обладают плавной текстурой без выраженных вариаций тона. Наоборот, текстура смешанного леса является очень резкой из-за частых пространственных изменений тона, которые связаны с различием в форме и размерах верхушек деревьев разных пород и вариациями плотности лесного покрова. Тень является одним из наиболее важных критериев дешифрирования, поскольку она дает представление об относительной высоте и профиле объекта. В горных районах тень хорошо подчеркивает топографические особенности рельефа и является полезным критерием при дешифрировании геологических структур.

Взаимосвязи - еще один важный критерий дешифрирования, определяющий закономерности взаимного расположения близлежащих объектов. Например, небольшие участки земли белого цвета, расположенные нерегулярно вдоль реки, свидетельствуют о наличии у нее сухого песчаного берега. Сетка линий и регулярно расположенные прямоугольные объекты между ними указывают на территорию городского типа.

Прямые дешифровочные признаки позволяют распознать объекты, изобразившиеся на снимке, однако по ним не всегда удается определить их свойства, то есть интерпретировать их, а также картографировать объекты, не изобразившиеся на снимках, изучать процессы и явления. Для этого используются косвенные дешифровочные признаки, методологической основой применения которых служит наличие взаимосвязей и взаимообусловленности всех природных и антропогенных свойств территории. В качестве косвенных признаков обычно выступают прямые дешифровочные признаки других объектов - индикаторов. Среди них выделяют:

·индикаторы объектов, не изобразившихся на снимках; индикаторы свойств объектов;

·индикаторы движения или изменений.

Индикационное дешифрирование, предусматривающее определение одних компонентов ландшафта по другим, физиономичным, легко опознаваемым на снимке, т. е. индикаторам - распространенный прием визуального географического дешифрирования. Используя измерения формы объектов, определение количественных статистических показателей распределения объектов массового распространения, особенности рисунка изображения, выполняют морфометрическое дешифрирование. Количественные характеристики ландшафтных рисунков изучаются для разработки на их основе компьютерных алгоритмов морфометрического ландшафтного дешифрования. Дешифровочные признаки были сформулированы применительно к дешифрированию аэрофотоснимков, но большинство их них сохраняет значение при работе с космическими снимками, в том числе при получившем широкое распространение визуальном дешифрировании цифровых снимков на экране компьютера.

 

1.5.1 Методы дешифрирования

 

Дешифрирование - это специальная процедура, позволяющая связать географические структуры на земной поверхности с их изображением на снимке. Согласно Кэмбелу, можно выделить пять различных методов дешифрирования:

Полевые исследования: часто снимок оказывается слишком сложным для анализа, и специалист по дешифрированию, несмотря на свои знания и опыт, не в состоянии установить взаимосвязь между объектами на земной поверхности и снимком. В этом случае для точной идентификации объектов необходимо провести полевые исследования, которые, в действительности, являются важной составной частью любой задачи дешифрирования.

Дешифрирование по прямым признакам: этот метод дешифрирования сводится к применению знаний, опыта и аналитических способностей специалиста к распознаванию различных структур на снимке и определению их принадлежности к тому или иному классу объектов. По существу, этот процесс заключается в качественном и субъективном анализе снимка на основе различных дешифровочных признаков. Поскольку этот метод дешифрирования зависит от человеческой интуиции, анализ снимка должен проводиться методично и очень тщательно.

Дешифрирование по косвенным признакам: в этом случае дешифрирование снимка выполняется на основе информации о наличии или отсутствии связанных с объектом косвенных признаков. Так, границы почв напрямую связаны с такими факторами почвообразования, как рельеф и растительность. Поэтому дешифрирование последних позволяет восстановить и распределение почвенного покрова. Для того чтобы успешно применять этот метод, необходимы глубокие знания взаимосвязей между используемыми косвенными признаками и самим объектом.

Дешифрирование, основанное на вероятностях: свойства многих объектов и явлений тесно связаны с определенными характеристиками природной среды. В качестве примера можно привести сезонность вызревания зерновых культур. Эту дополнительную информацию очень часто удается сформулировать в виде вероятностного утверждения и использовать его для дешифрирования.

Дешифрирование с помощью измерений: этот метод дешифрирования является наиболее строгим и точным, поскольку он основан на использовании количественных взаимосвязей между самим снимком и объектами на нем. В отличие от других способов дешифрирования в данном методе большая часть информации извлекается непосредственно из снимка. Примером этого способа может служить фотограмметрический анализ стереопар. Сначала проводится съемка исследуемой области с двух различных точек траектории полета летательного аппарата, после чего измеряется видимое на стереопаре смещение объекта. Поскольку геометрические параметры съемки известны, по этим измерениям можно восстановить топографическую модель рельефа. Таким образом, для получения точных данных о рельефе в данном методе используются только сами снимки и информация о геометрических параметрах съемки. В зависимости от цели исследования можно использовать различные комбинации перечисленных методов. Например, при дешифрировании почв сначала может оказаться необходимым выделить с помощью прямых признаков различные типы растительного покрова, а затем использовать эти результаты в качестве косвенных признаков для определения границ различных видов почв.

 

1.5.2 Автоматизированные методы дешифрирования

 

Основные принципы дешифрирования были сначала разработаны для аэрофотоснимков, а затем адаптированы к задачам дистанционного зондирования с использованием космических снимков. Обработка цифровых снимков - важнейшая составляющая дистанционного зондирования, назначение которой состоит в том, чтобы сделать цифровые снимки пригодными для большинства областей применения, в процессе обработки используют численные методы, основанные только на анализе яркостных и спектральных характеристик, проявляющихся на снимке в виде вариаций тона и цвета пикселей. Результатом обработки является новый снимок, который можно вывести на экран монитора и сохранить в цифровом формате для последующего использования. Выделяют следующие этапы обработки цифровых снимков:

1.Коррекция и восстановление снимков.

2.Улучшение снимков.

3.Классификация данных.

4.Объединение данных и их интеграция в ГИС

Коррекция - это операция, которая применяется к исходным данным для устранения искажений. При сильных искажениях говорят о восстановлении снимков. К коррекции относятся такие операции, как устранение геометрических искажений, связанных с сенсором, внесение поправок на форму земной поверхности, трансформирование снимка к определенной проекции, радиометрическая калибровка и устранение шума. Тип коррекции во многом определяется характеристиками сенсора.

Улучшение визуального восприятия снимков. Улучшающие преобразования, которые применяют к снимкам, облегчают их дешифрирование и анализ. Как правило, для улучшения снимков используют методы, которые увеличивают видимые различия между объектами. Например, для подчеркивания тоновых различий используют методы увеличения контрастности, а для подавления определенных пространственных структур - пространственную фильтрацию. Для контроля качества результирующих изображений, которые могут быть как монохромными, так и цветными, их просматривают на экране монитора либо печатают на пленке или бумаге.

Преобразование снимков. В отличие от операций улучшения снимков, для их преобразования используют данные не из одного, а из нескольких спектральных диапазонов. Новые изображения получают путем попиксельного сложения, вычитания, умножения или деления данных из разных диапазонов так, чтобы выделить или подчеркнуть определенные характеристики изображения. Еще одной задачей преобразования снимков является устранение избыточности данных, которая возникает при близком расположении спектральных диапазонов многозональных снимков. Эта задача решается методом главных компонент.

Классификация данных. Цель классификации состоит в замене визуального анализа снимка автоматизированной процедурой идентификации объектов, в процессе такой идентификации каждый пиксель цифрового снимка относят на основании некоторых статистических критериев к одному из классов пространственных объектов. Если классифицирующим признаком служит спектральная яркость, процесс классификации называют распознаванием спектральных образов. Если же статистический критерий основывается на геометрической форме, размерах и структуре объектов, говорят о распознавании пространственных образов. Результаты классификации можно использовать для создания тематических карт и статистических отчетов для территорий различного типа. Среди множества методов классификации выделяют два основных: контролируемая классификация и неконтролируемая классификация.

Объединение данных и их интеграция в ГИС. Объединение данных космической съемки с другими данными возможно на основании географической привязки к изучаемой территории, в частности, можно объединять данные, полученные в разное время с одного и того же спутника, или данные, полученные разными системами дистанционного зондирования. Для объединения данных ДЗ с данными из других источников используют средства ГИС.

 

1.6 Системы дистанционного зондирования Земля

 

Дистанционные приборы обеспечивают измерение характеристик удаленных объектов, поэтому они должны быть размещены на устойчивой платформе, удаленной от изучаемого объекта или наблюдаемой поверхности. Платформы для дистанционных приборов могут быть расположены на Земле, на самолете, на космическом корабле или на спутнике вне пределов атмосферы Земли. Спутники имеют несколько уникальных характеристик, которые делают их особенно полезными для дистанционного зондирования поверхности Земли. Целый ряд спутников, оснащенных приборами дистанционного зондирования, выведен на орбиту специально для получения разносторонней геофизической информации. Съемки ведут в ультрафиолетовом (УФ), видимом и ближнем ИК, среднем ИК, тепловом ИК и радиоволновом диапазонах спектра. В УФ-области - в отличие от видимого и ИК-диапазонов - очень низкая интенсивность излучения. Участок ультрафиолета 0,1–0,2 мкм - это область спектра, которая полностью поглощается молекулярным кислородом атмосферы и не проходит ниже 60 км к поверхности Земли. УФ-излучение в диапазоне от 0,2 до 0,4 мкм опускается до озонного слоя (высота от 15 до 25 км), который защищает все на Земле от губительного воздействия УФ-лучей, и только малая часть длинноволнового УФ все же достигает поверхности Земли, поэтому УФ-сенсоры на космическом аппарате должны усиливать яркость изображения не меньше, чем в 100 раз, т. е. фактически дойти до физического предела, когда с квадратного сантиметра регистрируемого объекта излучается всего несколько фотонов. УФ-диапазон еще только осваивается для мониторинга верхних слоев атмосферы и самой Земли. С 2006 г. испытания таких сенсоров проходят на МКС. В УФ-диапазоне можно увидеть заражение почв и сельско- хозяйственных культур, состояние урожая и при узких спектральных каналах можно определить само загрязняющее вещество. Дистанционное зондирование в видимом и ближнем ИК-диапазонах основано на регистрации солнечного излучения, отраженного объектами в соответствии с их спектральной отражательной способностью. На снимках отображаются оптические характеристики объектов - их спектральная яркость. Для съемки необходимо освещение, а облачность в этом случае мешает съемке. Такую съемку с помощью оптических камер и сканеров в различное время осуществляли и осуществляют в настоящее время: из российских – многозональные сканеры МСУ-М, МСУ-СК и МСУ-Э на спутниках «Ресурс-О», «Метеор» и «Океан»; из зарубежных – сканеры AVHRR спутников NOAA, Landsat и мн. др., а также специально созданные для изучения цвета океана системы CZCS (Coastal Zone Color Scaner) спутников Nimbus и SeaWiFS (Seaviewing Wide Field Sensor – сканер цвета моря) спутника SeaStar. Зондирование в тепловом инфракрасном диапазоне для определения температуры подстилающей поверхности основано на измерении собственного теплового излучения поверхности. Съемка в этом диапазоне не зависит от освещения, может выполняться ночью, но облачность и здесь является помехой. Наиболее известен сканирующий радиометр AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer), расположенный на борту спутников серии NOAA. Данные этого прибора получили повсеместное признание и используются во всем мире. Другой известный аналог - радиометр серии ATSR (Along Track Scanning Radiometer), установленный на европейских спутниках ERS и Envisat. Особенно значимой оказалась съемка со спутника Terra (EO-AMX) по американской программе глобальных наблюдений Земли EOS. 36-канальная съемочная система MODIS дает обзорные снимки в 10 тепловых каналах с разрешением 1 км, а 14-канальная система ASTER - более детальные снимки в 6 тепловых каналах с разрешением 90 м. Хорошее информирование о поступающих материалах съемки, возможность свободного доступа к ним по сети интернет обеспечили широкое использование данных тепловой ИК-съемки и их значимое место в мировом фонде космических снимков.

 

1.6.1 Спутники Landsat

 

Программа Landsat - один из наиболее продолжительных проектов по получению спутниковых изображений Земли. Первый из спутников в рамках программы Landsat был запущен НАСА 23 мая 1972 г. Новый спутник Landsat-8 (проект LDCM – Landsat Data Continuity Mission) – восьмой в рамках программы Landsat (седьмой, выведенный на орбиту) – был запущен 11 февраля 2013 г. с космодрома Ванденберг и продолжил выполнение мис- сии Landsat, поставляя данные для использования в сельском хозяйстве и других отраслях экономики, а также в образовании, бизнесе, государственном управлении. Landsat-8 выведен на солнечно-синхронную орбиту высотой 705 км. Первые изображения со спутника Landsat-8 были получены 18 марта 2013 г. В разное время на борту спутников Landsat устанавливались различные съемочные системы, которые произвели миллиарды снимков, являющихся уникальным ресурсом для проведения множества научных исследований в области сельского хозяйства, картографии, геологии, лесоводства, разведки, образования и национальной безопасности. На аппарате Landsat-8 установлены два сенсора: многока- нальный сканирующий радиометр Operational Land Imager (OLI) и сканирующий двухканальный ИК-радиометр Thermal InfraRed Sensor (TIRS). Радиометр OLI предназначен для ведения космической съемки на основе усовершенствованных технологий в 9 участках видимого, ближнего ИК и среднего ИК-диапазонов с максимальным разрешением 15 м, а радиометр TIRS - для съемки земной поверхности в двух каналах с разрешением 100 м.

Геологическая служба США предоставила всем заинтересованным пользователям возможность бесплатного доступа к снимкам Земли, получаемым с помощью нового американского спутника ДЗЗ Landsat-8. Снимки находятся в открытом доступе на трех геопорталах: EarthExplorer (http://earthexplorer.usgs.gov), GloVis (http://glovis.usgs.gov) и LandsatLook Viewer (http://landsatlook.usgs.gov). Это исключительно важно для всего сообщества ученых и специалистов, опирающихся в своей деятельности на данные космической съемки.

 

1.6.2 Спутники серии SPOT

 

Французская система космического наблюдения SPOT (Systeme Probatorie l'Observation de la Terre) функционирует с 1986 г. За это время было запущено 6 спутников с различными характеристиками. Спутники этой серии открыли новую эпоху в области дистанционного зондирования благодаря использованию линейки сенсоров, обеспечивающей широкую полосу съемки. Установленные на спутниках SPOT сенсоры позволяют осуществлять прицельную съемку. Это дает возможность выполнять стереосъемку земной поверхности с соседних витков, что позволяет создавать модели рельефа и имеет огромное значение для дешифрирования и картографирования. Еще одним преимуществом оптической системы сенсора с отклонением оси съемки на 27° от направления в надир является возможность проводить съемку одного и того же участка с наибольшей частотой. Это важно при мониторинге динамических явлений. В результате период съемки в экваториальных областях сокращается до трех дней. На сегодняшний день снимки SPOT по своим технико-экономическим показателям являются одними из наиболее востребованных материалов дистанционного зондирования Земли. Запуск аппарата SPOT-6 был осуществлен 9 сентября 2012 г. с космодрома Шрихарикота (Индия). Сохранив традиционную для всех аппаратов SPOT полосу захвата в 60 км, спутник SPOT 6 обеспечивает получение детальных изображений. Также возможно быстрое перенацеливание аппарата на съемку любого участка поверхности в пределах зоны обзора. Со спутника SPOT-6 получают панхроматические снимки (в диапазоне 0,450–0,745 мкм) и цветосинтезированные изображения с пространственным разрешением в надире 1,5 м, многозональные снимки (в спектральных диапазонах: 0,450–0,520 мкм; 0,530–0,590 мкм; 0,625–0,695 мкм; 0,760–0,890 мкм) с пространственным разрешением от 8 м в надире и с радиометрическим разрешением 12 бит. Спутник SPOT-6 выведен на солнечно-синхронную орбиту высотой 694 км с периодом съемки 26 дней и местным временем пересечения экваториальной плоскости 10 ч.

 

1.6.3 Спутник IKONOS-2

 

Спутник IKONOS-2 (IKONOS-1 потерпел аварию при запуске 27 апреля 1999 г.) был запущен 24 сентября 1999 г. с космодрома Ванденберг (США, штат Калифорния). Создание этого коммерческого спутника было вызвано возрастающим спросом на данные дистанционного зондирования в самых разных областях применения - от картографии до мониторинга состояния сельскохозяйственных посевов и планирования городской инфраструктуры. IKONOS-2 стал первым в истории человечества коммерческим спутником для съемки Земли со сверхвысоким (менее 1 м) разрешением. Инициатором использования высокодетальных снимков в гражданских целях выступила компания Space Imaging (с января 2006 г. после слияния с компанией OrbImage - GeoEye). Спутник IKONOS-2 выведен на солнечно-синхронную орбиту высотой 680 км и вращается вокруг Земли со скоростью 7 км/с. Со спутника IKONOS-2 получают панхроматические снимки (в диапазоне 0,526–0,929 мкм) с пространственным разрешением 0,82 м, многозональные снимки (в спектральных диапазонах 0,445-0,516 мкм; 0,506-0,595 мкм; 0,632-0,698 мкм; 0,757-0,853 мкм) с пространственным разрешением 3,2 м в надире. Период съемки с указанным разрешением для экваториальной области составляет около 3 дней. Высокая производительность спутника позволяет снимать и получать достаточно точные снимки со сверхвысоким разрешением за короткий срок. Другим преимуществом спутника IKONOS-2 является высокая маневренность и, как следствие, возможность съемки больших площадей за один проход, а также возможность получения стереопар с одного витка. Период обращения спутника вокруг Земли равен 98 мин, период повторной съемки - от 3 дней, время прохождения экватора - 10 ч 30 мин Максимальный угол отклонения от надира составляет 26°. Ширина полосы съемки в надире составляет 11 км.

 

1.7 Применение данных дистанционного зондирования

 

Широкое применение данных космической съемки, которое началось с запуска спутника Landsat 1 в 1972 году, открыло новые перспективы для мониторинга состояния природных ресурсов и их использования. В результате развития методов дистанционного зондирования существенно упростился процесс картографирования земельных и водных ресурсов, почв, лесов, сельскохозяйственных посевов и городской инфраструктуры, оценки урожая и многое другое. Космические снимки используют для эффективного принятия решений с помощью географических информационных систем. При этом для дешифрирования объектов применяют как визуальные, так и численные методы анализа снимков. Следует отметить, что визуальные методы дешифрирования не менее важны, чем численные. На практике успех применения численных методов в значительной степени зависит от навыков визуального дешифрирования, которыми обладает исследователь. Для лучшего представления технологии применения данных ДЗ, ниже приводятся примеры их использования в различных областях:

1.Землепользование и картографирование земельных ресурсов.

2.Исследования роста городов.

3.Сельское хозяйство.

4.Картографирование грунтовых вод.

5.Борьба с наводнениями.

6.Гидроморфологические исследования.

7.Картографирование пустующих земель.

8.Региональное планирование.

9.Борьба с природными катастрофами.

Земля является важнейшим природным ресурсом, составляющим основу экономического развития общества. Успех любого планирования в этой области зависит от наличия подробной и точной информации как о самих земельных ресурсах, так и об их использовании. Совместное использование данных разных космических систем позволяет обеспечить практически непрерывный мониторинг окружающей среды и земной поверхности, получение всесторонних оценок состояния природных объектов и явлений, контроль чрезвычайных ситуаций и т.п. Изучение территории на основе данных ДЗЗ стало возможным в Казахстане только в последнее время, в связи с возрастанием разнообразия типов космической съёмки и большей доступностью снимков высокого разрешения. Немаловажно также, что примеры исследования форм рельефа на огромных территориях представляет большую ценность.

 

1.7.1 Применение ДЗЗ в картографии

Можно выделить несколько основных тенденций, способствующих активному использованию данных ДЗЗ в картографии:

  • большое количество спутников ДЗЗ на орбите, в том числе космических аппаратов сверхвысокого разрешения, и в связи с этим большой выбор данных с самыми разными характеристиками;
  • увеличение точности позиционирования без полевой привязки до 2–4 м;
  • высокая производительность и высокие скорости передачи результатов съемки;
  • сокращение времени поставки данных потребителю;
  • широкое использование сетевых технологий и возможностей, создание интернет-сервисов, обеспечивающих прямой доступ к данным;
  • довольно низкая стоимость данных ДЗЗ, а также небольшие затраты на их обработку по сравнению с аэрофотосъемкой и геодезическими методами.

Данные ДЗЗ активно применяются для обновления топографических карт и планов. Технология составления топографических карт предусматривает выполнение полного цикла работ — от предварительной обработки и дешифрирования данных ДЗЗ до получения готовой карты в векторном виде и необходимом формате. Помимо данных ДЗЗ могут использоваться различные картографические и справочные данные (эталоны для дешифрирования, результаты полевых обследований и т. д.) на картографируемую территорию.

Благодаря своим свойствам космические снимки находят широкое применение как в практической, так и в научных сферах. Материалы исследований широко используются в науках о Земле. Космическую съемку применяют в исследованиях, направленных на всестороннее изучение природных ресурсов, динамики природных явлений, в задачах охр

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Сроки доставки багажа и грузобагажа. | Агроценоздардың табиғи биоценоздардан айырмашылығы?

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2019 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных