ДЗЗ Презентация. Лекция Введение в дистанционное зондирование Земли. Схема дистанционного зондирования.
 Скачать 0.58 Mb.
|
|
Дистанционное зондирование Земли Раздел 1. Дистанционное зондирование. Лекция 1. Введение в дистанционное зондирование Земли. Схема дистанционного зондирования. • Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ)– получение информации о поверхности Земли и объектах на ней, атмосфере, океане, верхнем слое земной коры бесконтактными методами, при которых регистрирующий прибор удален от объекта исследований на значительное расстояние. Лекция 1. Введение в дистанционное зондирование Земли. Схема дистанционного зондирования. • Физическая основа дистанционного зондирования - функциональная зависимость между зарегистрированными параметрами собственного или отраженного излучения объекта и его биогеофизическими характеристиками и пространственным положением. • С помощью дистанционного зондирования изучают физические и химические свойства объектов. Лекция 1. Введение в дистанционное зондирование Земли. Схема дистанционного зондирования. • В ДЗЗ выделяются два взаимосвязанных направления ▫ естественно-научное (дистанционные исследования) ▫ инженерно-техническое (дистанционные методы) ▫ remote sensing ▫ remote sensing techniques • Предмет ДЗЗ, как науки - пространственно-временные свойства и отношения природных и социально- экономических объектов, проявляющиеся прямо или косвенно в собственном или отраженном излучении, дистанционно регистрируемом из космоса или с воздуха в виде двумерного изображения – снимка. Лекция 1. Введение в дистанционное зондирование Земли. Схема дистанционного зондирования. • Методы ДЗ основаны на использовании сенсоров, которые размещаются на космических аппаратах и регистрируют электромагнитное излучение в форматах, существенно более приспособленных для цифровой обработки, и в существенно более широком диапазоне электромагнитного спектра. • В ДЗ используют инфракрасный диапазон отраженного излучения, тепловой инфракрасный и радиодиапазон электромагнитного спектра. Лекция 1. Введение в дистанционное зондирование Земли. Схема дистанционного зондирования. • Процесс сбора данных дистанционного зондирования и их использование в географических информационных системах (ГИС). Лекция 1. Введение в дистанционное зондирование Земли. Схема дистанционного зондирования. • Структурная схема системы дистанционного зондирования. Лекция 1. Введение в дистанционное зондирование Земли. Схема дистанционного зондирования. • Сцена - это то, что находится перед датчиком; построение геологической модели сцены является в самом общем виде той целью, ради которой создается система. Наиболее часто используются излученные или отраженные электромагнитные волны, в последнем случае необходим источник освещения, пассивный (например. Солнце) или активный (лазеры, радиолокаторы и др.). Лекция 1. Введение в дистанционное зондирование Земли. Схема дистанционного зондирования. • 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. Лекция 1. Введение в дистанционное зондирование Земли. Схема дистанционного зондирования. • 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. Лекция 1. Введение в дистанционное зондирование Земли. Схема дистанционного зондирования. • Идеальная схема дистанционного зондирования. Лекция 1. Введение в дистанционное зондирование Земли. Схема дистанционного зондирования. • 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. В то же время, спектральная чувствительность разных веществ может совпадать. Лекция 1. Введение в дистанционное зондирование Земли. Схема дистанционного зондирования. • 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. • Потребители могут не обладать необходимой информацией о параметрах сбора данных ДЗ и не иметь достаточного опыта для их анализа и дешифрирования. Лекция 2. История развития методов дистанционного зондирования. • Рисованные снимки • Фотоснимки - наземная фототеодолитная съемка • Аэрофотоснимки – аэрометоды. • Понятие ДЗ появилось в XIX веке. • Впоследствии, ДЗ начали использовать в военной области для сбора информации о противнике и принятия стратегических решений. • После Второй мировой войны ДЗ 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. Лекция 2. История развития методов дистанционного зондирования. • 1960 год - запуск разведывательных спутников в рамках программ CORONA, ARGON и LANYARD. • Программа Mercury - получены снимки Земли. • Проект Gemini (1965-1966 гг.) - систематический сбор данных дистанционного зондирования • Программа Apollo (1968-1975 гг.) - дистанционное зондирование земной поверхности и высадка человека на Луну • Запуск космической станции Skylab (1973-1974 гг.), - исследования земных ресурсов • Полеты космических кораблей многоразового использования(1981г.) • Получение многозональных снимков с разрешением 100 метров в видимом и близком инфракрасном диапазоне с использованием девяти спектральных каналов Лекция 2. История развития методов дистанционного зондирования. • Первый метеорологический спутник – США - 1 апреля 1960 года. • Первый спутник для регулярной съемки больших участков земной поверхности - TIROS-1 (Television and Infrared Observation Satellite). • В 1972 г. - первый специализированный спутник - ERTS-1 (Earth Resources Technology Satellite)(Landsat). • в 1978 год - первый спутник со сканирующей системой SEASAT. • 1985г. - Первый французский спутник серии SPOT • 1988г. - Первый индийский спутник дистанционного зондирования - IRS (Indian Remote Sensing). Лекция 2. История развития методов дистанционного зондирования. • Япония вывела на орбиту свои спутники JERS и MOS. • с 1975 года - Китай периодически запускал собственные спутники, полученные ими данные до сих пор находятся в закрытом доступе. • 1991 и 1995 - Европейский космический консорциум вывел на орбиту свои радарные спутники ERS. • 1995 - Канада - спутник RADARSAT. Лекция 2. История развития методов дистанционного зондирования. • Время работы различных платформ дистанционного зондирования Лекция 2. История развития методов дистанционного зондирования. • Аэрокосмические снимки — основной результат аэрокосмических съемок, для выполнения которых используют разнообразные авиационные и космические носители. 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. Лекция 2. История развития методов дистанционного зондирования. • Аэрокосмические съемки делят на ▫ пассивные, которые предусматривают регистрацию отраженного солнечного или собственного излучения Земли; ▫ активные, при которых выполняют регистрацию отраженного искусственного излучения. Лекция 2. История развития методов дистанционного зондирования. • Авиационные и космические носители Лекция 2. История развития методов дистанционного зондирования. • Диапазон масштабов аэрокосмических снимков: • от 1:1000 до 1:100 000 000 • Наиболее распространенные масштабы ▫ аэрофотоснимков 1:10 000—1:50 000, ▫ космических — 1:200 000—1:10 000 000. • Аэрокосмические снимки ▫ аналоговые (обычно фотографические) ▫ цифровые (электронные). • Изображение цифровых снимков образовано из отдельных одинаковых элементов — пикселов (от англ. picture element — рixel); яркость каждого пиксела характеризуется одним числом. Лекция 2. История развития методов дистанционного зондирования. • Свойства аэрокосмических снимков ▫ Изобразительные ▫ Радиометрические (фотометрические) ▫ 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. Лекция 3. Этапы дистанционного зондирования и анализа данных • Принципиальная схема аэрокосмических исследований Лекция 3. Этапы дистанционного зондирования и анализа данных • Процесс получения и анализа данных дистанционного зондирования Лекция 3. Этапы дистанционного зондирования и анализа данных • Стереосъемка. • Многозональная съемка. Гиперспектральная съемка. • Многовременная съемка. • Многоуровневая съемка. • Многополяризационная съемка. • Комбинированный метод. • Междисциплинарный анализ. Лекция 3. Этапы дистанционного зондирования и анализа данных • 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. Лекция 3. Этапы дистанционного зондирования и анализа данных • Классификация космических снимков по спектральным диапазонам и технологиям получения изображения Лекция 3. Этапы дистанционного зондирования и анализа данных • Фотосъемка • Высокая степень обзорности, охват одним снимком больших площадей поверхности. • Фотографирование во всем видимом диапазоне электромагнитного спектра, в отдельных его зонах, а также в ближнем ИК (инфракрасном) диапазоне. • Масштабы съемки зависят от ▫ высоты съемки ▫ фокусного расстояния объектива. • В зависимости от наклона оптической оси получение плановых и перспективных снимков земной поверхности. • КС с перекрытием 60% и более. Спектральный диапазон фотографирования охватывает видимую часть ближней инфракрасной зоны (до 0,86 мкм). Лекция 3. Этапы дистанционного зондирования и анализа данных • Сканерная съемка • Наиболее часто используются многоспектральные оптико- механические системы - сканеры, установленные на ИСЗ различного, назначения. • Изображения, состоящие из множества отдельных, последовательно получаемых элементов. • «сканирование» - развертка изображения при помощи сканирующего элемента, 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 - пикселами. • Лекция 3. Этапы дистанционного зондирования и анализа данных • Сканерная съемка • Сканерные изображения можно получить во всех спектральных диапазонах, но особенно эффективным является видимый и ИК-диапазоны. • Важнейшей характеристикой сканера являются угол сканирования (обзора) и мгновенный угол зрения, от величины которого зависят ширина снимаемой полосы и разрешение. В зависимости от величины этих углов сканеры делят на точные и обзорные. • У точных сканеров угол сканирования уменьшают до ±5°, а у обзорных увеличивают до ±50°. Величина разрешения при этом обратно пропорциональна ширине снимаемой полосы. Лекция 3. Этапы дистанционного зондирования и анализа данных • Радиолокационная съемка • Получение изображений земной поверхности и объектов, расположенных на ней, независимо от погодных условий, в дневное и ночное время благодаря принципу активной радиолокации. • Технология была разработана в 1930-х гг. • 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. Лекция 3. Этапы дистанционного зондирования и анализа данных • Тепловые съемки • Основана на выявлении тепловых аномалий путем фиксации теплового излучения объектов Земли, обусловленного эндогенным теплом или солнечным излучением. • 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. 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. Лекция 3. Этапы дистанционного зондирования и анализа данных • Космические снимки • Три основных способа передачи данных со спутника на Землю. • прямая передача данных на наземную станцию. • полученные данные сохраняются на спутнике, а затем передаются с некоторой задержкой по времени на Землю. • использование системы геостационарных спутников связи TDRSS (Tracking and Data Relay Satellite System). Лекция 3. Этапы дистанционного зондирования и анализа данных • Цифровые данные. Схематичное представление преобразования исходных данных в значения пикселей. Лекция 3. Этапы дистанционного зондирования и анализа данных • Форматы записи данных ▫ Формат BIP (Band Interleaved by Pixel). ▫ Формат BIL (Band Interleaved by Line). ▫ Формат BSQ (Band Sequential). • Формат BIP (L — строка, Р — пиксел, В — канал) • Формат BIL (L — строка, Р — пиксел, В — канал) • Формат BSQ (L — строка, Р — пиксел, В — канал) |