Фотографические системы дистанционного зондирования и картографирования реферат

Обновлено: 04.07.2024

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

С тех пор количество дистанционных наблюдений растет лавинообразно; появились разнообразные фотографические и нефотографические системы, в том числе многозональные фотокамеры, телевизионные камеры со специальной передающей электронно-лучевой трубкой, инфракрасные сканирующие радиометры, микроволновые радиометры для радиотепловой съемки, различные радары для активного зондирования. Значительно возросло и количество космических летательных аппаратов – искусственные спутники, орбитальные станции и пилотируемые корабли.

Где и как используются космические снимки Земли, а также какими они бывают я и хочу рассказать в данной работе.

2.Что такое дистанционное зондирование Земли?

Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) является методом получения информации об объекте или явлении без непосредственного физического контакта с данным объектом [1]. Дистанционное зондирование является подразделом географии . 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). Разделяют 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 с целью зондирования. 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.

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, таких как Эль-Ниньо и другие природные феномены, как в кратко-, так и в долгосрочной перспективе. Дистанционное зондирование также имеет прикладное значение в сфере геонаук, сельском хозяйстве, национальной безопасности [1].

3.Орбитальная группировка России по ДДЗ

Сегодня в России создана Единая территориально-распределительная информационная система дистанционного зондирования Земли (ЕТРИС ДЗЗ). Она уже прошла государственные испытания [2] .

Космические аппараты (КА) этой серии предназначены для многозонального дистанционного зондирования земной поверхности с целью получения в масштабе времени, близком к реальному, высокоинформативных изображений в видимом диапазоне спектра (рис. 2).

исследование природных ресурсов;

контроль загрязнения и деградации окружающей среды;

информационное обеспечение для поиска месторождений полезных ископаемых;

ценка состояния ледовой обстановки;

контроль состояния социально-экономической инфраструктуры;

информационное обеспечение для проведения инженерных изысканий;

создание и обновление кадастровых планов, топографических и навигационных карт;

определение вида и состояния растительности, состав пленки загрязнений на поверхности воды, идентификация минералов, почв;

обнаружение незаконных посевов наркосодержащих растений и контроль их уничтожения.

Данный спутник позволяет проводить мониторинг техногенных и природных чрезвычайных ситуаций (рис 4).

обнаружение очагов лесных пожаров, крупных выбросов загрязняющих веществ в природную среду;

регистрация аномальных явлений для исследования возможности прогнозирования землетрясений;

мониторинг сельскохозяйственной деятельности, водных и прибрежных ресурсов;

высокооперативное наблюдение заданных районов земной поверхности.

На рисунке 5 показан снимок столицы Кубы Гаваны, полученный со спутника.

Данный комплекс предназначен для оперативного получения глобальной гидрометеорологической информации в целях прогноза погоды, контроля озонового слоя и радиационной обстановки в околоземном космическом пространстве, а также для мониторинга морской поверхности, включая ледовую обстановку, с целью обеспечения судоходства в полярных районах (рис. 6).

глобальное наблюдение атмосферы и поверхности Земли;

мониторинг состояния окружающей среды;

мониторинг чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера;

решения задач сельского и лесного хозяйства;

Спутники данной серии предназначены для получения изображений облачности и подстилающей поверхности Земли (рис. 8).

получение данных о гелиогеофизической обстановке на высоте орбиты КА для решения задач гелиогеофизического обеспечения;

выполнение телекоммуникационных функций по распространению, обмену гидрометеорологическими и гелиогеофизическими данными и ретрансляции информации с платформ сбора данных;

сбор и ретрансляция гидрометеорологической и служебной информации.

4.Развитие картографии с использованием ДЗЗ

Особенно широкое применение снимки из космоса нашли в картографии [3]. И это понятно, потому что космический фотоснимок точно и с достаточной подробностью запечатлевает поверхность Земли, и специалисты могут легко перенести изображение на карту.

Внедрение в технологический процесс создания карт данных ДЗЗ позволило ускорить процесс картографирования практически всех направлений (топографического, тематическое) и повысить качество картографической продукции.

До последнего времени мелкомасштабные физические карты мира, континентов, отдельных государства или крупных регионов создавались путем сведения и преобразования материалов топографических карт крупных и средних масштабов, основанных на данных аэросъемочных и наземных топографо-геодезических работ. Благодаря региональным и глобальным космическим снимкам автоматически удалось получить новые объективные физические карты и сопоставить эти реальные изображения лика планеты со старыми сводными. Оказалось, что они не схожи: на прежних отсутствуют следы движения ледников, границы ландшафтных зон, ряд вулканов, русла древних рек и высохшие озера.

К числу важнейших задач картографии, решаемых с помощью данных ДЗЗ, можно отнести:

создание и обновление топографических карт всего масштабного ряда;

обновление кадастровых планов;

создание тематических карт, как природно-ресурсных, так и социально-экономических.

Составление картосхемы

Чтение космических снимков, основано на опознавательных (дешифровочных) признаках. Основными из них служат форма объектов, их размеры и тон. Реки, озера и другие водоемы изображаются на снимках темными тонами (черным цветом) с четким выделением береговых линий. Для лесной растительности характерны менее темные тона мелкозернистой структуры. Подробности горного рельефа хорошо выделяются резкими контрастными тонами, которые получаются на фотографии в результате различной освещенности противоположных склонов. Населенные пункты и дороги также можно опознать по своим дешифровочным признакам, но только под большим увеличением.

Использование космических снимков в картографических целях начинают с определения их масштаба и привязки к карте. Эту работу обычно выполняют по карте более мелкого масштаба, чем масштаб снимка, так как на нее приходится наносить границы не одного, а целого ряда снимков.

Сличая снимок с картой, можно узнать, что и как изображено на снимке, как это показано на карте и какие дополнительные сведения о местности дает фотоизображение земной поверхности из космоса. И даже в том случае, если карта будет того же масштаба, что и фотоснимок, все равно по снимку можно получить более обширную и главное – свежую информацию о местности по сравнению с картой.

Составление карт по космическим снимкам выполняют так же как и по аэрофотоснимкам. В зависимости от точности и назначения карт применяют различные методы их составления с использованием соответствующих фотограмметрических приборов. Наиболее легко изготовить карту в масштабе снимка. Именно такие карты и помещают обычно рядом со снимками в альбомах и книгах. Для их составления достаточно скопировать на кальку со снимка изображения местных предметов, а затем с кальки перенести их на бумагу.

Такие картографические чертежи называют картосхемами. Они отображают только контуры местности (без рельефа), имеют произвольный масштаб и не привязаны к картографической сетке. На рисунке 10 изображена картосхема функциональных зон г. Перми.

Фотокарты

Наглядно, выразительное отображение местности на снимках вызывает естественное стремление использовать аэрокосмическое изображение в дополнение к карте, а иногда и вместо нее. Это привело к созданию нового вида картографической продукции – фотокарт [4] .

Фотокарты начали создавать в 1950-х годах, используя материалы аэросъемки. Тогда их изготовливали только в сравнительно крупных масштабах, до
1:50000. Построить высококачественные фотокарты более мелких масштабов не удавалось, так как мозаичное фотоизображение, смонтированное из многих снимков, было неоднородным, пестрым. Появление космических снимков, с большим пространственным охватом, получаемых в широком диапазоне масштабов и разрешения, вызвало к жизни быстрое развитие этого нового вида картографических произведений, весьма разнообразных по содержанию и форме. Высококачественные фотокарты начали составлять в масштабах 1:100000 и мельче. Производственное изготовление фотокарт стало возможным лишь после накопления фондов снимков на обширные территории.

Тематическое картографирование

В настоящее время по космическим снимкам созданы разнообразные тематические карты. В ряде случаев характеристики некоторых явлений можно определить только по космическим снимкам, а получить их другими методами невозможно. По результатам космического фотографирования обновлены и детализированы многие тематические карты, созданы новые типы геологических ландшафтных и других карт [4]. При составлении тематических карт особенно полезными являются снимки, полученные в различных зонах спектра, так как они содержат богатую и разностороннюю информацию. На практике, при использовании данных дистанционного зондирования Земли, тематическое картографирование выполняется непосредственно после дешифрирования изображения. На рисунке 12 показаны исходный космический снимок и полученная на его основе тематическая карта преобладающих эрозионных процессов.

Создание и обновление топографических карт

Технология составления топографических карт предусматривает выполнение полного цикла работ– от предварительной обработки данных ДДЗ до получения готовой карты в векторном виде и необходимом формате. На рисунке 13 исходная фотография с КА. На рисунке 14 на исходной фотографии произвели векторизацию объектов, а на рисунок 15 демонстрирует полученную векторную карту данной местности.

5.Применение ДЗЗ в сельском хозяйстве

При помощи спутников можно с определенной цикличностью получать изображения отдельных полей, регионов и округов. Пользователи могут получать ценную информацию о состоянии угодий, в том числе идентификацию культур, определение посевных площадей сельскохозяйственных культур и состояние урожая. Спутниковые данные используются для точного управления и мониторинга результатов ведения сельского хозяйства на различных уровнях. Эти данные могут быть использованы для оптимизации фермерского хозяйства и пространственно-ориентированного управления техническими операциями. Изображения могут помочь определить местоположение урожая и степень истощения земель, а затем могут быть использованы для разработки и реализации плана лечения, для локальной оптимизации использования сельскохозяйственных химикатов [5].

6.Мониторинг лесных пожаров с помощью ДЗЗ

Дистанционное зондирование также применяется для мониторинга лесного покрова и идентификации видов [6]. Полученные таким способом карты могут покрывать большую площадь, одновременно отображая детальные измерения и характеристики территории (тип деревьев, высота, плотность). Используя данные дистанционного зондирования, возможно определить и разграничить различные типы леса, что было бы трудно достичь, используя традиционные методы на поверхности земли. Данные доступны в различных масштабах и разрешениях, что вполне соответствует локальным или региональные требованиям. Требования к детальности отображения местности зависит от масштаба исследования. Для отображения изменений в лесном покрове (текстуры, плотности листьев) применяются:

мультиспектральные изображения: для точной идентификации видов необходимы данные с очень высоким разрешением;

многоразовые снимки одной территории, используются для получения информации о сезонных изменениях различных видов;

стереофотографии – для разграничения видов, оценки плотности и высоты деревьев. Стереофотографии предоставляют уникальный вид на лесной покров, доступный только через технологии дистанционного зондирования.

Спутниковая информация позволяет оценить масштабы лесных пожаров, а также вызванную ими неблагоприятную экологическую обстановку. Поскольку спутниковая информация порой является единственным источником, за этим направлением науки – будущее оперативного наблюдения и контроля природных процессов и явлений [6].

Таким образом, область применения космических снимков трудно переоценить. И, казалось бы, ДЗЗ открывает большие перспективы для частных компаний, занимающихся сельским хозяйством, перевозом грузов морским или сухопутным путями и т.д. Но, к сожалению, в отличии от западных корпораций, российские не приучены тратить деньги за получение информации с космических спутников. И за это, порой, приходится дорого платить. В частности, 20 сентября 2002 года в горах Северной Осетии произошла трагедия: в Кармадорском ущелье сошел ледник Колка, унесший жизни более 100 человек, в том числе членов съемочной группы Сергея Бодрова. То, что ледник движется было хорошо видно из космоса. Этой информацией поделился Герой России космонавт-испытатель Валерий Корзун на встрече со школьниками в г. Лыткарино.

Тем не менее, я надеюсь, что в ближайшем будущем космические технологии в области ДЗЗ будут нам всем доступнее и мы сможем получать практическую выгоду не только на государственном уровне, но и в частной жизни.

Список использованных источников

Фотографические системы. Дистанционное зондирование земли ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

В настоящее время существует широкий класс систем ДЗЗ формирующих изображение исследуемой подстилающей поверхностиВ рамках данного класса аппаратуры можно выделить несколько подклассов различающихся по спектральному диапазону используемого электромагнитного излучения и по типу приёмника регистрируемого излучения также по методу активный или пассивный (зондирования фотографические и фототелевизионные системы: сканирующие системы видимого и ИК-диапазона телевизионные оптико-механические и оптико-электронные сканирующие радиометры и многоспектральные сканеры телевизионные оптические системы: радиолокационные системы бокового обзора (РЛСБО) сканирующие СВЧ-радиометры.

Фотографические снимки поверхности Земли получают с пилотируемых кораблей и орбитальных станций или с автоматических спутниковОтличительной чертой космических снимков (КС) является высокая степень обзорности охват одним снимком больших площадей поверхностиВ 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 объективаКосмические 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 болееСпектральный диапазон фотографирования охватывает видимую часть ближней инфракрасной зоны (до 0,86 мкм). Известные недостатки фотографического метода связаны с необходимостью возвращения пленки на Землю и ограниченным ее запасом на борту. Однако фотографическая съемка в настоящее время самый информативный вид съемки из космического пространстваОптимальный размер отпечатка 18×18см, который, как показывает опыт согласуется с физиологией человеческого зрения позволяя видеть все изображение одновременно Для удобства пользования из отдельных КС имеющих перекрытия монтируются фотосхемы (фотомозаики) или фотокарты с топографической привязкой опорных точек с точностью 0,1 мм и точнее. Для монтажа фотосхем используются только плановые КС Для приведения разномасштабного обычно перспективного КС к плановому используется специальный процесс называемый трансформированием Трансформированные КС с успехом используются для составления космофотосхем и космофотокарт и обычно легко привязываются к географической сетке координат.

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

Содержание

1. Приборы дистанционного зондирования

2. Системы спектральных данных

3. Многоспектральные построчно – прямолинейные сканеры

4. Фотографические системы

5. Телевизионные системы

6. Аналого – цифровые преобразования

Список используемой литературы

Приборы дистанционного зондирования.

Используемые в дистанционном зондирование приборы подразделяются на две обширные группы, которые будем называть системами спектральных данных и формирующими изображения системами. Обычно системы спектральных данных не формируют изображения, а дают детальную спектральную информацию об объекте. Системы, формирующие изображение, дают информацию относительно пространственной структуры объекта и обычно некоторую спектральную информацию.

Системы спектральных данных получают данные путем спектрального сканирования (в отличии от пространственного сканирования в формирующих изображения системах). В дистанционном зондирование системы спектральных данных обычно используют при полевых исследованиях.

Системы, формирующие изображение, делят на два типа: кадровые системы и сканирующие. В кадровых системах элементы изображения, или пикселы, получаются одновременно в основной единице изображения – кадре. В сканирующих системах элементы изображения получаются последовательно, но после получения могут быть приведены в формат кадра. Оба типа таких систем дают спектральную информацию, обычно образуя многоспектральные элементы изображения, состоящие из набора измерений в выбранных диапазонах длин волн спектра.

Системы спектральных данных

Рассмотрим три различных типа полевых спектральных приборов. Все они спектрорадиометры, поскольку для них источником излучения является солнце, а не внутренние источники излучения. Три основных типа приборов такие: интерферометр, спектрорадиометр с диспергирующей призмой или дифракционной решеткой и спектрорадиометр с вращающимися сменными фильтрами. В основном эти приборы отличаются тем, как они диспергируют входное излучение на его спектральные компоненты. Различные способы диспергтрования определяют пути установления внутренних опорных излучателей в приборе.

В течение многих лет интерферометры использовались в спектроскопии высокой точности. Устройство полевого интерферометра отличается от лабораторного варианта в основном способом, которым приводится в движение подвижное зеркало. В лабораторных приборах для приведения в движение зеркала применяется винт с очень малым шагом, подвижное зеркало применяется в конструкции полевых приборов оно быстро приводится в движение с помощью системы электродинамических катушек, что дает несколько спектральных сканов в 1с. Прибор не дает изображение сцены в его поле зрения, а просто наблюдает интерференционную картину возникающую вследствие излучения энергии сценой.

Второй тип полевых приборов, часто используемых в дистанционном исследование ,- приборы, в которых в качестве основных диспергирующих элементов применяются призмы и дифракционные решетки. Обычно для преобразования оптического сигнала в переменный сигнал, более подходящий для обработки в электронной части прибора, в этих приборах используется система оптического прерывания.

Характеристикой прибора с дифракционной решеткой служит то, что несколько порядков спектра отражаются в заданном направление. Кратные частоты излучения относятся к одному и тому же порядку. Необходимо провести сортировку порядков, используя фильтры перед детектором для отображения дифракционной решетки. Кроме того диспергирующая призма дает единственный порядок в данном направление и нет необходимости в сортировке порядков. Однако пространственная дисперсия прибора с диспергирующей призмой с механической точки зрения гораздо сложнее.

Кроме того, со спектральной точки зрения приборы с дифракционной решеткой более точные, так как результирующий спектр растягивается на большую площадь. Прибор с дифракционной решеткой требует более аккуратного обращения и обычно не способен на такое быстрое спектральное сканирование, как прибор с диспергирующей призмой, поскольку механизм, используемый для крепления дифракционной решетки, должен быть довольно массивным и механически сложным для того, что бы обеспечить правильное положение дифракционной решетки в данном диапазоне спектра. Механизм призмы более груб и прост и поэтому, по существу, он способен на более быстрое спектральное сканирование. Однако спектральный охват прибора с диспергирующей призмой ограничивается материалом, из которого изготовлена призма. Поскольку призма – это в основном преломляющий лучи прибор, то для того, чтобы охватить оптический диапазон спектра, для изготовления диспергирующих призм должны использоваться материалы различных типов.

Еще один тип полевых приборов – это те в которых в качестве основных диспергирующих элементов используются интерференционные фильтры. Интерференционный фильтр – это многослойная диэлектрическая структура, позволяющая излучению проходить через нее. В результате многократных отражений и пропусканий возникает явление интерференции. Только одна спектральная полоса, соотвествующая определенной длине волны, интерферирует с усилением и поэтому проходит эту многослойную структуру без существенного ослабления.

Данный метод диспергирования требует такой сортировки порядков, которая применяется в системах с дифракционной решеткой. Любая длина волны, кратная первичной длине волны, прошедшей через интерференционный фильтр, также пройдет через него, так как интерференция с усилением будет так же иметь место для компонент кратных длин волн. Необходим фильтр, способный удалять все кратные порядки излучения, падающего на фильтр. Длина волны, которая должна пройти через интерференционный фильтр, зависит от толщины диэлектрических элементов. Поэтому, чтобы сделать регулируемый диспергирующий элемент, удобно использовать конический интерференционный фильтр. Вместо того, чтобы применять щели, определяющие кратные длины волн, можно поставить перед входной щелью детектора прибора такой фильтр и изменять его положение относительно щели, чтобы выделить из приходящего потока из приходящего потока излучения спектральную компоненту.

Особенно удобная форма интерференционного фильтра – это вращающиеся сменные фильтры, у которых толщина диэлектрических элементов изменяется в зависимости от углового положения на ободе. Сортирующий порядок фильтра расположен на поверхности кольца фильтра перед детектором, который используется для улавливания проходящего через фильтр излучения, ВСФ могут вращаться для получения быстрых спектральных сканов и по существу представляют собой грубый метод диспергирования в полевом приборе.

Многоспектральные построчно – прямолинейные сканеры

Сканеры дают изображения последовательно. Объект сканируется растровым способом, обычно оптико – механической системой. Излучение проходит через собирающую оптическую систему, создающую мгновенное поле зрение. Общее поле зрение создается сканирующим движением оптической системы. Затем с помощью диспергирующих призм, дифракционных решеток, дихроичных зеркал или фильтров излучения разлагается на спектральные составляющие. Набор детекторов улавливает диспергированое излучение. Детекторы в пространстве расположены так, чтобы соответсвующие детекторы могли улавливать тот диапазон длин волн к которому они чувствительны.

Сигналы, идущие с каждого детектора усиливаются и обрабатываются, и далее записываются или передается информация, касающаяся источников колибровки, они как и сцена, также сканируются оптико-механической системой.

Фотографические системы

Часто фотографические системы считаются родоначальниками систем дистанционного зондирования по существу возникла в науке как интерпретация фотографий. В фотографической системе пленка выступает в роли детектора, а объективы фокусирующие изображение на плоскости пленки – в роли оптической системы. Фотографическая система – кадровая система: все данные об изображение получаются одновременно. Пленка, используемая в фотографической системе как детектор, по сравнению с многоспектральной сканерной системой имеет дополнительное ограничение, а именно относительно ограниченный спектальный диапазон. Однако по сравнению с многоспектральными сканерными системами фотографические системы характеризуются очень высоким пространственным разрешением. Хорошо развитая фотограмметрия, подчеркивающая геометрические аспекты, иногда называемые метрическими, в анализе изображений. Эта высоко развитая технология, а также относительно низкая стоимость фотографических систем по сравнению с многоспектральными сканерными системами способствует широкому использованию ее в дистанционном зондировании.

Оптическая часть фотографической системы предназначена для формирования по кадрового изображения, и поэтому ее поле зрения относительно большое по сравнению с мгновенным полем зрения построчно – прямолинейного сканера. Поле зрения некоторых фотографических систем может достигнуть 800 и более.

Телевизионные системы

Электронные системы формирующие изображение, имеют сходство с фотографическими системами в том, что изображение они образуют на фотоэлектрической поверхности подобно тому, как в фотографических системах оно образуется на фотохимической поверхности. Обычно эти системы включают затвор, оптическую систему и, возможно, систему компенсации смаза изображения, подобные тем, что входят в стандартную фотокамеру. Поскольку телевизионная система – по кадровый прибор, собирающий данные, заполняющие кадр практически мгновенно, нет необходимости в столь точном контроле положения датчика, как это требуется для построчно – прямолинейного сканера. Хотя электронно – лучевые телевизионные системы обычно получают изображение в виде, аналогичному тому, что получает фотографическая система изображения, индуцируемые на фотоэлектрической поверхности, обрабатываются скорее электронным, нежели химическим путем, и поддаются быстрой электоронной передаче с платформы датчика на приемную станцию. Или же изображения могут быть записаны в удобном виде на магнитную ленту для последующей передачи, когда платформа датчика окажется вблизи приемной станции.

Аналогово – цифровые преобразования

Для преобразования аналогового сигнала в его цифровое представление используют систематическую процедур, которая еще называется оцифровкой.

Шаг квантования должен быть больше или равен приблизительно удвоенной компоненте самой высокой частоты, которая должна сохраняться самой системой. Сохраняемая самая высокочастотная компонента будет определять правильность воспроизведения сигнала после процесса оцифровки. Число уровней оцифровки обычно выбирается на основание характеристик работы цифровой системы. На практике было установлено, что обычно вполне удовлетворительным для данных дистанционного зондирования является квантование на 256 уровней (восемь двоичных битов). Выбор шага квантования зависит от высоты сканера и его мгновенного поля зрения, оба эти параметра влияют на частные характеристики электрического сигнала.

Часто в самолетных системах дешевле записать сигналы, идущие с детектором, на аналоговый магнитофон, чем предварительно пропускать их через бортовой аналого – цифровой преобразователь. Позднее аналоговая лента обрабатывается в наземной системе аналого – цифрового преобразования, дающей машинно – совместимую цифровую магнитнкю ленту. Часто за этим следует дополнительное преобразование данных на цифровой магнитной ленте в формат, пригодный для прграммной обработки данных. Хотя такой подход и может снизить себестоимость систем сбора данных, он требует дополнительного шага обработки в подсистеме ввода системы цифровой обработки данных на ЭВМ. Кроме того, если в процесс включается шаг аналоговой записи, то это неизбежно приводит к некоторой потере динамического диапазона сигнала и снижению отношения сигнал/шум. Другой подход состоит в оцифровке сигналов на выходе детекторов и записи полученных цифровых сигналов прямо на цифровую магнитную ленту. На этапе цифровой записи, исходя из природы этого процесса, никакой потери динамического диапазона сигнала и снижения отношения сигнал/шум не происходит. Сигналы записываются в двоичном виде, т.е. сигнал либо есть, либо его нет, и потери его качества обусловлены только процессами квантования и оцифровки.

Целью курсовой работы является раскрытие темы и ее основных моментов. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Рассмотреть понятие дистанционного зондирования;
2. Изучить физические основы дистанционного зондирования;

Содержание работы

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………….…..3
1. Общие сведения о дистанционном зондировании……………………………4
1.1. Понятие о дистанционном зондировании………………………………. …4
1.2. Принципы дистанционного зондирования……………………….……..…..6
1.3. Преимущества и недостатки данных дистанционного зондирования………………………………………………………………….…. 7
1.4. История развития методов дистанционного зондирования……………. 8
2. Физические основы дистанционного зондирования…………………..…. 11
2.1. Электромагнитное излучение и его характеристики……………….…..…11
2.2. Взаимодействие излучения с поверхностью Земли…………………..…. 13
2.3. Влияние атмосферы на регистрируемое излучение……………………….16
3. Космические системы изучения природных ресурсов и мониторинга окружающей среды………………………………………………………….…. 18
3.1. Классификация ресурсных спутников……………………………….…. 18
3.2. Система изучения природных ресурсов Земли Landsat……………..……20
3.3. Система изучения природных ресурсов Земли Spot………………. …….24
3.4. Российская космическая система Ресурс………………………….….…. 29
4. Применение данных дистанционного зондирования……………..…….…..33
4.1. Использование материалов космических съемок в области землеустройства, кадастра и мониторинга земель…………………………….33
4.2. Составление и обновление карт с помощью космических снимков…………………………………………………………………………. 36
4.3. Задачи, решаемые с помощью космических снимков в сельском хозяйстве………………………………………………………………….………38
4.4. Космические снимки: решения для лесного хозяйства………….….……40
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………….….….…. 43
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ…………………………..……..44

Файлы: 1 файл

Курсовая работа АКС.doc

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

Кафедра геоиженерии и кадастра

1. Общие сведения о дистанционном зондировании……………………………4

1.1. Понятие о дистанционном зондировании………………………………. …4

1.2. Принципы дистанционного зондирования……………………….……..…..6

1.3. Преимущества и недостатки данных дистанционного зондирования……………………………………………… ………………….…. 7

1.4. История развития методов дистанционного зондирования……………. 8

2. Физические основы дистанционного зондирования…………………..…. 11

2.1. Электромагнитное излучение и его характеристики……………….…..…11

2.2. Взаимодействие излучения с поверхностью Земли…………………..…. 13

2.3. Влияние атмосферы на регистрируемое излучение……………………….16

3. Космические системы изучения природных ресурсов и мониторинга окружающей среды………………………………………………………….…. ..18

3.1. Классификация ресурсных спутников……………………………….…. 18

3.2. Система изучения природных ресурсов Земли Landsat……………..……20

3.3. Система изучения природных ресурсов Земли Spot………………. …….24

3.4. Российская космическая система Ресурс………………………….….…. 29

4. Применение данных дистанционного зондирования……… ……..…….…..33

4.1. Использование материалов космических съемок в области землеустройства, кадастра и мониторинга земель…………………………….33

4.2. Составление и обновление карт с помощью космических снимков…………………………………………………………… ……………. 36

4.3. Задачи, решаемые с помощью космических снимков в сельском хозяйстве……………………………………………………… ………….………38

4.4. Космические снимки: решения для лесного хозяйства………….….……40

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ…………………………..……..44

В последние десятилетия дистанционное зондирование Земли является интенсивно развивающейся областью исследований. Данные дистанционного зондирования дают колоссальные возможности для исследования процессов, происходящих на планете, для решения проблем комплексного изучения, освоения и рационального использования природных ресурсов. Потребность в них увеличивается из года в год. Особенно быстро развиваются космические технологии: совершенствуются спутники, съемочная аппаратура, методы съемки и обработки снимков. Еще несколько лет назад космические снимки использовались лишь узким кругом специалистов. Сейчас современные технические средства позволяют принимать изображения с искусственных спутников Земли на персональный компьютер, а новейшие программные средства дают возможность быстро обрабатывать эту информацию, вести ее электронные архивы, что делает ее доступной для самого широкого круга пользователей.

Целью курсовой работы является раскрытие темы и ее основных моментов. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Рассмотреть понятие дистанционного зондирования;

2. Изучить физические основы дистанционного зондирования;

3. Ознакомиться с основными системами изучения природных ресурсов;

4. Рассмотреть применение данных дистанционного зондирования в области мониторинга окружающей среды и ведения кадастра.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ДИСТАНЦИОННОМ ЗОНДИРОВАНИИ

1.1. Понятие о дистанционном зондировании

Под дистанционным зондированием понимают процесс или метод получения информации об объекте, участке поверхности или явлении путем анализа данных, собранных без контакта с изучаемым объектом. Суть метода заключается в интерпретации результатов измерения электромагнитного излучения, которое отражается либо излучается объектом и регистрируется в некоторой удаленной от него точке пространства. Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) – наблюдение поверхности Земли авиационными и космическими средствами, оснащёнными различными видами съемочной аппаратуры. [6]

Примером естественных форм дистанционного зондирования являются зрение, обоняние и слух человека. К методам дистанционного зондирования относят фотографическую съемку, существенным недостатком которой является то, что эмульсионный слой фотопленки чувствителен только к излучению в видимой либо близкой к ней части электромагнитного спектра.

Методы дистанционного зондирования, описанные в данной курсовой работе, основаны на использовании сенсоров, которые размещаются на космических аппаратах и регистрируют электромагнитное излучение в форматах, существенно более приспособленных для цифровой обработки, и в более широком диапазоне электромагнитного спектра: инфракрасный диапазон отраженного излучения, тепловой инфракрасный и радиодиапазон.

Идеальная схема дистанционного зондирования показана на рис. 1. 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.

Рис.1 Идеальная схема дистанционного зондирования

На практике идеальной системы дистанционного зондирования не существует в силу следующих причин:

1. Ни один источник не способен обеспечить однородность потока излучения как в пространстве, так и во времени;

2. Из-за взаимодействия излучения с газами атмосферы, молекулами водяного пара и атмосферными частицами изменяется интенсивность излучения и его спектр;

3. Одно и то же вещество при разных условиях может иметь разную спектральную чувствительность;

4. На практике не существует идеального сенсора, с помощью которого можно было бы регистрировать все длины волн электромагнитного спектра;

5. 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;

6. Потребители могут не обладать необходимой информацией о параметрах сбора данных ДЗ и не иметь достаточного опыта для их анализа и дешифрирования. [16]

1.2. Принципы дистанционного зондирования Земли

В этом документе отмечается, что деятельность по дистанционному зондированию Земли должна осуществляться на благо и в интересах всех стран независимо от уровня их экономического, социального или научно-технического развития. Государства, осуществляющие ДЗЗ, должны содействовать международному сотрудничеству в этой деятельности и предоставлять другим государствам возможность участия в ней. Такое участие в каждом случае должно основываться на справедливых и взаимоприемлемых условиях.

Для получения максимальных выгод от деятельности по дистанционному зондированию государства поощряются к тому, чтобы в соглашениях или иных договоренностях предусматривались создание и эксплуатация станций по приему и накоплению данных и установок по их обработке и интерпретации, в частности в рамках региональных соглашений и договоренностей, когда это возможно.

Дистанционное зондирование должно содействовать охране природной среды Земли. С этой целью участвующие в деятельности по дистанционному зондированию государства, которые установили, что в их распоряжении имеется информация, способная предотвратить любое вредное для природной среды Земли явление, сообщают эту информацию соответствующим государствам. Дистанционное зондирование должно также содействовать защите человечества от стихийных бедствий. [1]

1.3. Преимущества и недостатки данных дистанционного зондирования

Преимущества. Данные спутниковой съемки содержат полезную информацию, полученную в различных спектральных диапазонах, и, кроме того, сохраняются в цифровом виде. Поскольку космические снимки охватывают большие области, их можно использовать для тематических региональных исследований и идентификации крупных пространственных объектов, в частности, структур рельефа. Регулярная съемка территорий позволяет проводить мониторинг водных ресурсов, агротехнического состояния сельскохозяйственных культур, эродированности почв, развития инфраструктуры городов и других процессов, объектов и явлений, которые изменяются под воздействием природных и антропогенных факторов. С помощью космической съемки достаточно просто получить данные о труднодоступных областях. Еще одним преимуществом ДЗ является возможность получения снимков разного разрешения, что позволяет применять данные ДЗ для решения различных задач в разных предметных областях. Поскольку анализ материалов ДЗ выполняется камерально, требуется меньше полевых исследований, что окупает затраты на приобретение данных. Экономически эффективным является и применение космических снимков для оперативного обновления средне- и мелкомасштабных карт. Цветные изображения, формируемые на основе данных ДЗ в трех спектральных каналах, несут больше информации, чем отдельные наземные или аэрофотоснимки, а стереопары снимков дают возможность проводить трехмерный анализ пространственных объектов. И, наконец, цифровой формат материалов ДЗ и использование компьютеров для их обработки и анализа обеспечивают быстрое получение результатов.

Недостатки. Для их обработки и анализа требуются очень высокая квалификация и большой практический опыт. Использование таких данных становится экономически неэффективным при единичных исследованиях небольших территорий. Космические снимки нельзя использовать для создания планов в инженерных целях. Программное обеспечение, которое применяется для обработки цифровых снимков, также имеет высокую стоимость. Кроме того, если результаты дешифрирования материалов ДЗ не подтверждены полевыми исследованиями, к ним надо относиться с большой осторожностью. [14]

1.4. История развития методов дистанционного зондирования

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), 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.

Читайте также: