Реферат на тему сфери використання даних дистанційного зондування землі

Обновлено: 05.07.2024

Работа содержит 1 файл

Статья_Агропрофи_сокращенная_1.docx

О перспективах использования данных дистанционного зондирования Земли из космоса для решения задач сельского хозяйства

Мышляков Сергей Геннадьевич,

Ведущий специалист по тематической обработке

данных дистанционного зондирования Земли,

Данные дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) находят все более широкое применение для принятия управленческих решений в сельском хозяйстве. К числу наиболее приоритетных и динамично развивающихся сфер применения данных ДЗЗ относятся космический сельскохозяйственный мониторинг, управление сельскохозяйственным землепользованием и агрострахование. Расширяя перечень приоритетных направлений, необходимо отметить ряд задач, которые решаются в сельском хозяйстве с применением данных ДЗЗ. К таковым задачам относятся:

Картографирование сельскохозяйственных угодий и прилегающих территорий, создание опорных планов и атрибутивных баз данных. Создание и актуализация карт сельскохозяйственных земель, в т.ч. неучтенных обрабатываемых земель.
Мониторинг изменения границ посевных площадей.
Мониторинг состояния посевов на основе расчета вегетационных индексов.
Оценка продуктивности сельскохозяйственных культур и прогноз урожайности сельскохозяйственных культур.
Картографирование характеристик почвенного покрова земель сельскохозяйственного назначения, уточнение и обновление существующих почвенных и агрономических карт на основе материалов актуальной космической съемки.
Выявление и картографирование участков деградации земель (рисунок 1).

Планирование и мониторинг агротехнических, противоэрозионных и других мероприятий, связанных с сельскохозяйственным производством.

Во всем мире космические технологии прочно вошли в практику управления сельскохозяйственным производством на разных уровнях администрирования. В нашей стране технологии дистанционного зондирования Земли в сельском хозяйстве только начинают занимать положенную им нишу. Вместе с тем в России уже имеются положительные результаты использования космической съемки в сельском хозяйстве.

Отсутствие в нашей стране зрелых рыночных механизмов в сельском хозяйстве, отсутствие класса фермеров как такового сдерживают интенсивное внедрение космических технологий в аграрный сектор. Производители сельскохозяйственной продукции и руководители администраций в силу ряда причин не могут или не хотят внедрять подобные технологии у себя в хозяйствах. Речь даже не идет о развертывании систем дистанционного мониторинга в области, районе или отдельном хозяйстве, а просто о банальном использовании в своей деятельности пространственной информации, получаемой при помощи удаленных геосервисов сельскохозяйственной направленности.

В то же время необходимо отметить тенденцию, что сегодня практически все работы, так или иначе связанные с космическим сельскохозяйственным мониторингом сопровождаются созданием тематических геоинформационных проектов (созданием тематических ГИС) и тематических геопорталов. Все это способствует публичному доступу сельхозпроизводителей, фермеров и иных лиц, ответственных за принятие решений к актуальным и достоверным данным, всесторонне описывающим аспекты использования сельскохозяйственных земель.

Помимо космической съемки существуют и другие технологии дистанционного зондирования: традиционная аэросъемка, а также съемка с беспилотных летательных аппаратов. Интенсивно развиваются технологии спутникового позиционирования и навигации. Выбор того или иного метода получения информации всецело зависит от поставленной задачи. Однако данные космической съемки обладают рядом специфических преимуществ, выгодно отличающих ее от других технологий. К преимуществам использования технологий ДЗЗ в сельском хозяйстве относятся:

Оперативность. Современные спутниковые снимки могут быть поставлены в кратчайшие сроки (вплоть до суток). При этом они поставляются заказчику в предварительно обработанном виде и не требуют дополнительной обработки для визуального восприятия и дешифрирования. Т.е. сразу после получения их легко можно интегрировать в ГИС. Возможно заранее спланировать съемку на конкретную дату или серию съемок.
Достоверность. Снимки предоставляют нам априорно достоверную информацию, в отличие от противоречивых и не всегда соответствующих действительности данных сельскохозяйственной статистики.
Единообразие. Снимки для мониторинга поступают как правило с одного и того же откалиброванного сенсора. Т.е. для их дешифрирования (в том числе и с применением автоматизированных алгоритмов) не требуется производить каких-либо сложных преобразований, направленных на улучшение их взаимной сопоставимости. Важным моментом является также простота фотограмметрической обработки, по сравнению с данными аэросъемки.
Единовременность и повторяемость. Современные космические съемочные системы высокого и сверхвысокого разрешения могут осуществлять съемку с периодичностью до суток. Так, например космические аппараты RapidEye позволяют ежесуточно снимать любой участок поверхности Земли с разрешением 6,5 м.
Пространственный охват. Ни один другой способ дистанционного получения данных не обеспечивает столь широкого пространственного охвата, сохраняя при этом высокие изобразительные качества.
Решение прикладных задач. Наличие большого количества спутниковых систем, выполняющих съемку в видимых, инфракрасных, тепловых и радиолокационных диапазонах позволяют осуществлять мониторинг многих параметров, таких как всхожесть и созревание культур, тип культур, агротехнические мероприятия, использование земель, подверженность засухам, плодородие почвы и многих других.

При этом следует отметить, что стоимость данных ДЗЗ зачастую оказывается ниже, чем при использовании альтернативных источников пространственных данных.

Ограничением для космической съемки является облачность. Однако, например, при использовании радиолокационных данных, фактор облачности не является помехой – сигналы, посылаемые радаром, установленном на спутнике, не чувствительны к наличию облаков.

Безусловно, не все желаемые показатели можно прямым или косвенным образом проследить из космоса. Поэтому, при организации систем дистанционного сельскохозяйственного мониторинга целесообразно создавать информационно-аналитические системы, основанные на использовании данных ДЗЗ, статистического учета, ГИС и веб-технологий удаленного доступа к данным. Удачным примером такого симбиоза современных информационных технологий является упомянутая выше Государственная информационная система мониторинга земель сельскохозяйственного назначения Краснодарского края.

Отдельно следует остановиться на технологиях мониторинга сельскохозяйственных культур. Все они в той или иной степени базируются на использовании вегетационных индексов, самым популярным из которых является NDVI (Normalized differenced vegetation index, рисунок 4). Он основан на особенностях отражения тканями листа растительности электромагнитной радиации в красном и ближнем инфракрасном диапазонах электромагнитного спектра. Обладая космическими снимками в указанных диапазонах (а ими оснащены практически все современные съемочные системы, осуществляющие спектрозональную съемку) и проведя несложные математические расчеты можно получить изображения, по которым можно сделать ряд выводов о характере вегетации. Каждая сельскохозяйственная культура обладает собственными особенностями вегетации и характеризуется своими фенологическими фазами развития. Благодаря этому, по сезонному ходу NDVI, полученному в результате анализа разновременных снимков, удается отдешифрировать многие виды культур, выделить необрабатываемые поля и участки с открытой почвой. Кроме этого, имеется возможность на ранних стадиях выявить неблагоприятные воздействия на культурную растительность (болезни, сорняки, влияние засухи, вымокания и т.п.).

Сегодня в России все больше регионов начинают проявлять интерес к технологиям космического дистанционного зондирования для решения сельскохозяйственных задач. Многие департаменты и министерства, как федерального, так и регионального уровней осознают необходимость финансирования проектов, связанных с применением данных ДЗЗ в аграрном секторе. Эффект от внедрения данных технологий связан с повышением осведомленности ответственных за принятие решений лиц, совершенствованием сельскохозяйственного землепользования, рациональным распоряжением финансами и материально-техническими ресурсами, уменьшением коррумпированности отрасли за счет открытой и объективной информации. Все это, в итоге, способствует формированию цивилизованных рыночных отношений в аграрном секторе и продовольственной безопасности страны.

Данные дистанционного зондирования – данные о поверхности Земли, объектах, расположенных на ней или в ее недрах, полученные в процессе съемок любыми неконтактными, т.е. дистанционными методами. По сложившейся традиции, к ДДЗ относят данные, полученные с помощью съемочной аппаратуры наземного, воздушного или космического базирования, позволяющей получать изображения в одном или нескольких участках электромагнитного спектра. Характеристики такого изображения зависят от многих природных условий и технических факторов. К природным условиям относятся сезон съемки, освещенность снимаемой поверхности, состояние атмосферы и т.д. К основным техническим факторам - тип платформы, несущей съемочную аппаратуру, тип сенсора; метод управления процессом съемки; ориентация оптической оси съемочного аппарата; метод получения изображения. Главные характеристики ДДЗ определяются числом и градациями спектральных диапазонов; геометрическими особенностями получаемого изображения (вид проекции, распределение искажений), его разрешением.

Дистанционное зондирование — не новый метод. В течение многих десятилетий человек поднимался над Землей, чтобы наблюдать ее с большого расстояния и узнать, таким образом, еще больше о ней. Для этой цели широко использовалась аэрофотосъемка, а со временем появились новые виды съемки, использующие для дистанционного зондирования фотографические датчики.

Благодаря последним достижениям в области искусственных спутников, несущих системы датчиков слежения за Землей, стало возможным использование огромного количества фотографий и других видов информации о поверхности Земли, которые помогут в решении таких задач, как снижение острой нехватки продуктов, управление и контроль за загрязнением окружающей среды, увеличение запасов естественных ресурсов и планирование роста городов. С точки зрения этих задач спутниковые данные имеют большое значение при условии, что их большой объем быстро и экономично будет сведен к полезной информации. Современные быстродействующие цифровые ЭВМ хорошо приспособлены для решения задач сокращения данных, а слияние таких вычислительных методов с новыми системами наблюдения уже позволило получать точную текущую информацию об окружающем нас мире. Результат синтеза — количественный метод дистанционного зондирования.

Дляанализаданных дистанционногозондированиянаиболееудобныгеографическиеинформационныесистемы (ГИС), позволяющие эффективноработатьспространственно-распределеннойинформацией (картами, планами, аэрокосмическимиизображениями, схемами всочетаниистекстом, таблицамиидр.). С даннымитакогородаприходитсяиметь делопрактическивлюбойсфередеятельности. Этоможетбытькартаприродныхресурсов, результатыэкологическогомониторингатерритории, атласземельногокадастра, плангородских кварталов, схемадвижениятранспортаидр. ГИСпозволяетнакапливать, интегрироватьианализироватьинформацию, оперативнонаходитьнужныесведенияиотображатьихвудобнойдляиспользования форме, оцениватьгеометрическиехарактеристикиобъектов (длинуулицы, расстояниемеждугородами).

Большую часть данных дистанционного зондирования составляют снимки, которые дают возможность получения сведений об объекте в виде изображений в цифровой (данные, передаваемые на наземную станцию по радиоканалам или фиксируемые на борту на магнитных носителях) или аналоговой (фотографии) формах. Цифровые данные представляют интегральное излучение площадки на земной поверхности, соответствующей элементу изображения – пикселу. Результаты измерения переводятся в дискретные безразмерные цифровые значения, соответствующие характеристикам отражательной способности. Записанные посредством регистрирующего устройства цифровые значения изменяются в пределах радиометрического битового диапазона, ширина которого зависит от характеристик датчика – обычно это интервал 0 – 255. На изображении эти значения соответствуют оттенкам серой шкалы: 0 представляет абсолютно черный объект, 255 – абсолютно белый объект, а промежуточные значения соответствуют различным оттенкам серого цвета. Всё многообразие объектов ландшафта Е.Л. Кринов разделил на четыре класса, каждый из которых отличается своеобразной кривой спектральной яркости ( например, 1 класс – горные породы и почвы, характеризуется увеличением спектральной яркости по мере приближения к красной области спектра). Изображения, полученные сканированием. Фотографические снимки необходимо для обработки переводить в цифровую форму. Для этого используют сканеры. В большинстве случаев для обработки аэрокосмических снимков используют растровые ГИС-пакеты, зональные изображения рассматривают в них как слои информации наряду с другими слоями БД.

ДДЗ – важнейший источник оперативной и современной информации о природной среде для тематических слоёв в ГИС, для поддержания данных в актуальном состоянии.

Подробно: виды орбит искусственных спутников Земли. Параметры орбит. Для каких целей та или иная орбита ИСЗ будет давать преимущества.

Траектория движения искусственного спутника Земли называется его орбитой. Эллиптическая орбита, по которой вращается спутник (в точке Sнаходится спутник, а в точке G— Земля), характеризуется следующими параметрами:а = АО иb = ОС — большая и малая полуоси эллипса; е= (1 - b 2 /а 2 ) 1/2 — эксцентриситет орбиты; угол HGS — угловая координата ν радиуса-вектора (так называемая истинная аномалия); фокальный параметр р = b 2 /а; р = К 2 /ут 2 М, где К— момент количества движения спутника; т — масса спутника; М= 5,976*10 27 г — масса Земли, у = 6,67-10 -14 м 3 /гс 3 — гравитационная постоянная. К параметрам орбиты спутника относится также период обращения Т — время между двумя последовательными прохождениями одной и той же точки орбиты.

В общем случае плоскость орбиты пересекается с плоскостью экватора Земли по так называемой линии узлов . Точка В, в которой орбита пересекает плоскость экватора при движении спутника с юга на север, называется восходящим узлом орбиты, точка пересечения при движении спутника с севера на юг — нисходящим узлом. Положение восходящего узла определяется долготой восходящего узла, т.е. углом Q , между восходящим узлом и точкой весеннего равноденствия, отсчитываемым против часовой стрелки, если смотреть со стороны Северного полюса. Для линии узлов задают два угла в плоскости орбиты. Угол ω — угловое расстояние, отсчитываемое от восходящего узла в плоскости орбиты до перигея орбиты H , т.е. ближайшей к Земле точки орбиты спутника; со называют аргументом перигея. Угол i между плоскостью орбиты и плоскостью экватора, называемый наклонением орбиты, отсчитывается от плоскости экватора с восточной стороны восходящего узла орбиты, против движения часовой стрелки. По наклонению различают экваториальные ( i = 0°), полярные ( i =90°) и наклонные (0° 2 , мощность батарей не менее 1,6 кВт, но со временем батареи деградируют из-за воздействия космических лучей и микрометеоров. Для нормальной работы спутника необходима мощность не менее 515 Вт. Спутник движется по полярной орбите.

На спутнике установлена аппаратура НIRS для определения температуры в тропосфере на разных высотах (вертикальные профили атмосферы) в полосе обзора 2240 км. Для этого HIRS содержит автоматический сканирующий спектрофотометр ИК-диапазона, использующий свойство углекислого газа изменять положение и ширину линии поглощения на длинах волн порядка 14—15 мкм в зависимости от давления. Этот же прибор позволяет оценивать общее содержание озона ОСО в столбе атмосферы по поглощению теплового излучения от поверхности Земли и атмосферы на длине полны 9,59 мкм. И вертикальные профили, и ОСО вычисляются на приемном конце путем решения обратных задач.

Кроме указанной аппаратуры на спутник установлены: прибор SSU для исследования стратосферы; микроволновый прибор MSU для измерения температурных профилей стратосферы; аппаратура поиска и спасения по международной программе Kocnac/SARSAT; система ARGOS для сбора метеорологической и океанографической информации с автоматических метеостанций, морских буев и воздушных шаров; некоторые другие приборы. ARGOS позволяет следить за миграцией крупных животных и птиц, если к их телу прикреплены специальные малогабаритные передатчики.

Используется для метеорологических целей, а также для обнаружения лесных пожаров.

Спутник LANDSAT -5 (США)

Высота орбиты 705 км, наклонение орбиты 98,2°, период обращения 98 мин. Нал одной и той же точкой поверхности пролетает один раз в 16дней приблизительно в9ч45 мин местного времени. Установлены 2 сканера с цилиндрической разверткой.

LandSat 7 — последний из спутников дистанционного зондирования Земли, запущенный в 1999 году в рамках программы Landsat.Спутник находится на полярной орбите, и пролетает над всей поверхностью планеты.

Спутник SPOT -З (Франция)

Долгосрочной целью этого проекта является инвентаризация невозобновляемых и медленно возобновляемых ресурсов, таких, как минералы и ископаемые топлива, водные запасы, наблюдение за состоянием сельского хозяйства и атмосферы. Программа ориентирована на возможность опознавать, прогнозировать и в ряде случаев контролировать некоторые процессы, относящиеся к океанографии, климатологии, эрозии почвы и загрязнению воды, а также следить за потенциально опасными природными явлениями, такими, как наводнения, засуха, штормы, землетрясения и извержения вулканов.

Спутник ERS (Европейское космическое агентство)

Высота орбиты 798x782 км с наклонением 98,54° и периодом обращения 100,67 мин. В состав бортовой аппаратуры включена радиолокационная станция микроволнового зондирования AMI (ActiveMicrowaveInstrument), которая обеспечивает три режима работы.

Хотя первоначально спутник ERS-1 был разработан для наблюдений за океаном и льдами, он очень быстро доказал свою многосторонность и по отношению к суше. В сельском и лесном хозяйстве, в рыболовстве, геологии и картографии специалисты работают с данными, представляемыми спутником. Поскольку ERS-1 после трех лет выполнения своей миссии он все еще работоспособен, ученые имеют шанс эксплуатировать его вместе с ERS-2 для общих заданий, как тандем. И они собираются получать новые сведения о топографии земной поверхности и оказывать помощь, например, в предупреждении о возможных землетрясениях.

Высота орбиты 667 км, период обращения 97,98 мин, угол наклонения орбиты 98,03°. На спутнике установлены две некогерентные РЛС ВО, антенны которых направлены соответственно влево и вправо от направления движения спутника. Полоса обзора каждой РЛС 455 км, угол падения излучаемых электромагнитных волн на подстилающую поверхность 20,48°. Пространственное разрешение в среднем 1,3 км поперек направления движения спутника и 2,5 км вдоль него.

Метеорологические спутники

Ведут непрерывную трансляцию цифровых снимков очень низкого разрешения (несколько километров) всего полушария. Это геостационарные спутники Meteosat (Европейское космическое агенство), GMS (Япония), GOES (США), INSAT (Индия).

Большинство спутников дистанционного зондирования в настоящее время летает по полярным орбитам. Это означает, что спутник летит к северу на одной стороне Земли, пролетает вблизи полюса, а затем летит к югу на второй половине орбиты. Полярные орбиты существенно ниже чем геостационарные. Приборы размещаемые на полярноорбитальных носителях обеспечивают лучшее пространственное разрешение и позволяют получать высококачественные данные дистанционного зондирования.

Полярные орбиты в основном применяются для запуска на них спутников военного (разведывательные) и гражданского (научного, сельскохозяйственного) назначений, потому что космические аппараты на таких орбитах выполняют работы по дистанционному зондированию Земли и предназначены для получения информации о планете и припланетном атмосферном слое. Такие спутники при дистанционном зондировании из космоса используются для изучения и контроля природных ресурсов Земли, исследования динамики природных процессов и явлений, сбора информации о состоянии территорий на поверхности планеты и прочих задач.

дистанционный зондирование спутник орбита

Список использованной литературы

1. Баранов Ю.Б., Берлянт A.M., Капралов Е.Г., Кошкарев А.В., Серали-нас Б.Б., Филиппов Ю.А. Геоинформатика. Толковый словарь основных терминов. - М.: ГИС-Ассоциация, 1999. -204 с.

2. Дейвис Ш.М., Ландгребе Д.А., Филлипс Т. Л. и др. Дистанционное зондирование: количественный подход. Под ред. Ф. Свейна и Ш. Дейвис. Пер. с англ. М., Недра, 1983, с. 415. —Пер. нзд. США, 1978, 396 с.

3. Кашкин В.Б., Сухинин А.И.Дистанционное зондирование Земли из космоса. Цифровая обработка изображений: Учебное пособие. - М.: Логос, 2001.-264 с.

Презентация на тему: " Дистанционное зондирование Земли Раздел 1. Дистанционное зондирование." — Транскрипт:

1 Дистанционное зондирование Земли Раздел 1. Дистанционное зондирование.

2 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.

4 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.

5 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.

6 Лекция 1. Введение в дистанционное зондирование Земли. Схема дистанционного зондирования. Процесс сбора данных дистанционного зондирования и их использование в географических информационных системах (ГИС).

7 Лекция 1. Введение в дистанционное зондирование Земли. Схема дистанционного зондирования. Структурная схема системы дистанционного зондирования.

8 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.).

9 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.

10 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.

11 Лекция 1. Введение в дистанционное зондирование Земли. Схема дистанционного зондирования. Идеальная схема дистанционного зондирования.

12 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.

13 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.

14 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.

15 Лекция 2. История развития методов дистанционного зондирования год - запуск разведывательных спутников в рамках программ CORONA, ARGON и LANYARD. Программа Mercury - получены снимки Земли. Проект Gemini ( гг.) - систематический сбор данных дистанционного зондирования Программа Apollo ( гг.) - дистанционное зондирование земной поверхности и высадка человека на Луну Запуск космической станции Skylab ( гг.), - исследования земных ресурсов Полеты космических кораблей многоразового использования(1981 г.) Получение многозональных снимков с разрешением 100 метров в видимом и близком инфракрасном диапазоне с использованием девяти спектральных каналов.

16 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 г. - Первый французский спутник серии SPOT 1988 г. - Первый индийский спутник дистанционного зондирования - IRS (Indian Remote Sensing).

17 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 и Европейский космический консорциум вывел на орбиту свои радарные спутники ERS Канада - спутник RADARSAT.

18 Лекция 2. История развития методов дистанционного зондирования. Время работы различных платформ дистанционного зондирования

19 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.

20 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.

21 Лекция 2. История развития методов дистанционного зондирования. Авиационные и космические носители

22 Лекция 2. История развития методов дистанционного зондирования. Диапазон масштабов аэрокосмических снимков: от 1:1000 до 1: Наиболее распространенные масштабы аэрофотоснимков 1: :50 000, космических 1: : Аэрокосмические снимки аналоговые (обычно фотографические) цифровые (электронные). Изображение цифровых снимков образовано из отдельных одинаковых элементов пикселов (от англ. picture element pixel); яркость каждого пиксела характеризуется одним числом.

23 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.

24 Лекция 3. Этапы дистанционного зондирования и анализа данных Принципиальная схема аэрокосмических исследований

25 Лекция 3. Этапы дистанционного зондирования и анализа данных Процесс получения и анализа данных дистанционного зондирования

26 Лекция 3. Этапы дистанционного зондирования и анализа данных Стереосъемка. Многозональная съемка. Гиперспектральная съемка. Многовременная съемка. Многоуровневая съемка. Многополяризационная съемка. Комбинированный метод. Междисциплинарный анализ.

27 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.

28 Лекция 3. Этапы дистанционного зондирования и анализа данных Классификация космических снимков по спектральным диапазонам и технологиям получения изображения

29 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).

31 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.

32 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.

33 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, ). 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.

34 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).

35 Лекция 3. Этапы дистанционного зондирования и анализа данных Цифровые данные. Схематичное представление преобразования исходных данных в значения пикселей.

36 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)

Чаще всего под ДЗЗ понимается наблюдение поверхности Земли авиационными и космическими средствами, оснащёнными различными видами съёмочной аппаратуры.

Для построения пространственных объектов ГИС (цифровое представление объекта реальности, цифровая модель местности, содержащее его местоуказание и набор свойств, характеристик, атрибутов либо сам этот объект), используются следующие технологии ДЗЗ:

спутниковый мониторинг - система наблюдения за объектами, построенная на основе систем спутниковой навигации, оборудования и технологий сотовой и/или радиосвязи, вычислительной техники и цифровых карт;

радиолокационная съёмка (активная радиолокационная) - зондирование земной поверхности радиосигналом; съёмка в этом случае основана на способности объектов по-разному отражать узконаправленные на них радиоимпульсы сантиметрового диапазона;

ортофотоплан - фотографическое изображение местности, полученное путём аэрофотосъёмки или космической съёмки и приведённое к заданной системе координат, то есть ортофотоплан является не только наглядным изображением земной поверхности, но и основой для создания топографических карт и планов;

Основные преимущества использования данных ДЗЗ в краевой ГИС для решения задач в различных сферах деятельности исполнительных органов государственной власти и органов местного самоуправления:

Оперативность. Актуальные космические снимки могут быть получены в течение суток после размещение заказа на осуществление съёмки.

Объективность. Информация, получаемая по космическим снимкам, является априори достоверной и отображает действительную картину состояния сельскохозяйственных земель и растительности.

Единовременность и периодичность. Современные спутниковые системы дистанционного зондирования Земли позволяют осуществлять съёмку высокого разрешения с очень высокой периодичностью (до 1 суток).

Единообразие. Данные космической съёмки поставляются с откалиброванных сенсоров, устанавливаемых на спутниках, и не нуждаются в каких-либо дополнительных преобразованиях, направленных на улучшение их взаимной совместимости.

Обзорность. Современные спутниковые системы дистанционного зондирования Земли позволяют получать единовременную съёмку на огромных площадях, что обеспечивает единовременность наблюдений на производственных участках, расположенных на значительном отдалении друг от друга.

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Кафедра общего земледелия

Реферат на Тему:

студентка 133 группы

Проверил: Кочмин А.Г.

На сегодняшний день сложно себе представить, что полвека назад люди могли обходиться без использования аэрокосмической техники. Аэрокосмические технологии нашли свое применение во многих науках, в первую очередь географических дисциплинах.

Первый снимок земной поверхности с высоты 120 км был получен в результате запуска ракеты немецкого производства с установленным на ней фотоаппаратом в 1945 году. До конца 50-х годов космическая съемка поверхности Земли осуществлялась с высоты до 200 км. Началом нового этапа развития аэрокосмической техники можно считать запуск американского метеорологического спутника 1 апреля 1960 года (1, с. 7).

''Космологизация наук о Земле, происходящая в последнее время, и становление космического землеведения обязаны прежде всего новой информации о нашей планете, которую стали получать благодаря космическим съемкам'' (2, с.5).

Аэрокосмические методы исследования приобрели большую популярность, благодаря тому, что отражают динамическую картину исследуемого объекта.

''Современный этап развития науки, когда осознаны ограниченность земных ресурсов и опасность чрезмерных антропогенных изменений окружающей среды, должен стать этапом усиленного внимания к системному изучению географических явлений, их взаимосвязи и взаимодействия в динамике'' (2, с.5).

Система дистанционного мониторинга и ее устройство

Системы получения и распространения данных оперативного мониторинга основываются на:

· Носитель съемочной аппаратуры;

· Собственно аппарат дистанционного зондирования;

· Бортовые средства передачи данных на Землю по радиолокатору;

· Наземный компонент приема информации.

Носители съемочной аппаратуры

Для дистанционного зондирования Земли используют два основных типа спутников:

Если первые искусственные спутники Земли постоянно обеспечивают обзор одной и той же территории Земли, сохраняя неизменное положение относительно определенной точки на экваторе, то вторые, находясь на орбите, плоскость которой примерно перпендикулярна плоскости вращения Земли, через определенный период времени, продолжительность которого зависит о ширины полосы обзора искусственного спутника Земли (ИСЗ), оказывается над заданным районом наблюдения, таким образом, зона обзора со спутника на геостационарной орбите ограничивается широтным районом 50 о С.Ш. 50 о Ю.Ш.

Съемочная аппаратура дистанционного зондирования Земли

Съемочная аппаратура, устанавливаемая на спутнике, может работать в четырех основных диапазонах: УФ, видимое излучение, ИК, микроволновое только в этих областях спектра земная атмосфера прозрачна для электромагнитных волн. В видимом диапазоне датчики (фотоэлементы, матрицы приборов с зарядовой связью) регистрируют отраженное от земных покровов и прошедшее через атмосферу солнечное излучение; в ИК диапазоне превалирует собственное тепловое излучение поверхности Земли; в микроволновом диапазоне используют собственное излучение планеты, либо отраженные сигналы искусственного источника облучения, установленного на борту ИСЗ. Возможности аппаратуры дистанционного мониторинга (ДЗ) в различных спектральных диапазонах различны: оптические дают наиболее качественные, привычные для наблюдателя, цветные изображения с высоким пространственным разрешением, синтезированные из нескольких монохроматических снимков; ИК съемку можно проводить в темное время суток, наблюдая температурные аномалии поверхности; а для специфических случаев зондирование в микроволновом диапазоне не является помехой даже облачный покров.

Важнейшими характеристиками формирования изображения пространственные (r) и радиометрические (яркостные, температурные) ( I) разрешающие способности радиоаппаратуры. Пространственное разрешение зависит от длины волны принимаемого излучения, диаметр объектива D и высоты орбиты H:

Снимки содержат данные, получаемые от датчиков и съёмочных систем, размещённых на платформах Д.З. спутниках, самолётах или вертолётах, т.е. различают космические снимки и аэроснимки (3, с.7 ).

Временные изменения отражательной способности объектов

Динамика географических объектов может проявляться по-разному и характеризуется различными показателями. При аэрокосмических исследованиях изучают только те изменения, которые проявляются в вариационных отражателях излучаемые способности объектов регистрируются повторными съёмками. Поэтому результаты исследований динамики спектральной яркости объектов представляют несомненный интерес для динамического аэрокосмического зондирования.

Горные породы и почвы

Отражательная особенность объектов этого класса относительно нестабильна. Спектральная яркость горных пород определяется как оптическими свойствами входящих в их состав минералов и химических элементов, так и свойствами поверхностных выцветов, налётов и корок, спектры отражения которых, могут существенно отличаться от аналогичных характеристик исходной породы (при химическом выветривании пород кривые спектральные яркости получают отчётливый максимум в оранжево-красной зоне).

Спектральная отражательная способность почв зависит от их гумусности, засоленности, что стало основой дистанционного изучения этих свойств. Изменение влажности приводит к увеличению (уменьшению при повышенной влажности) яркости почв, но не изменяет характера кривой отражения (2, с.18).

Объекты этого класса, и прежде всего вегетирующие высшие растения, имеют специфическую форму спектральной кривой с рядом характерных минимумов и максимумов.

Растительный покров наиболее изменчив по сезонам, с орбитальных высот обнаруживаются закономерные сезонные изменения отражательной способности в масштабе полушарий.

С возрастом отражательная способность растений меняется, обычно она выше у молодых и ниже у находящихся в стадии полной зрелости. При заболевании растения его листья сразу же уменьшают отражение в ближней инфракрасной зоне.

С развитием листа происходит сглаживание кривой спектральной яркости в области главной полосы поглощения хлорофилла. В фазе спелости отмечается общее изменение спектральной яркости, связанное с разложением хлорофилла и высыханием растения (2, с.19).

Водные поверхности, снежный и облачный покров

Водные объекты отличаются оптической однородностью; пространственные вариации спектральной яркости чистой водной поверхности невелики.

Однако на характер кривой и величину коэффициентов спектральной яркости водных объектов сильно влияет их загрязнение и развитие растительности в водоеме.

При аэрокосмических исследованиях динамики следует учитывать, что ход яркости водных объектов, как и многих объектов суши, зависит не только от изменения их свойств, но и от геометрии визирования их освещения.

Из сказанного выше следует, что из всех объектов земной поверхности растительный покров имеет наиболее информативную кривую спектральной способности, которая чутко реагирует на изменчивость растения, их состояние (2, с.20).

Аэрокосмические исследования динамики в атмосфере и океане

Динамика в атмосфере

Изучение атмосферной циркуляции, динамических процессов оказалось возможным благодаря их индикации облачностью. Здесь широко используются космические снимки, получаемые в видимом и тепловом инфракрасном диапазонах.

По рисунку изображения облачности удается определить местоположение таких объектов, как атмосферные фронты, грозовые очаги, зоны выпадения осадков, косвенно судить о скорости ветра, о силе штормового волнения при прохождения тайфунов и т.д. (2, с. 125).

Этот результативный методический прием используется при изучении динамических явлений не только атмосферы, но и океана.

Космические средства, обеспечивая оперативный обзор обширных акваторий, стали предоставлять динамическую информацию об океанических течениях, фронтах, вихрях, апвеллингах, внутренних волнах, волнении, приводном ветре, дрейфе, полярных льдов, полей планктона, взвесей, распределении твердого стока рек и т.д. (2, с. 126).

Климатология, контроль глобальных атмосферных изменений

Наиболее приоритетные задачи аэрокосмического зондирования:

- контроль общего радиационного баланса Земли: анализ количества изучаемого тепла, отраженного солнечного излучения, падающего солнечного (УФ) излучения, измерение температуры поверхности Земли;

- мониторинг содержания озона О 3 в тропосфре и стратосфере (1, с.6).

Контроль содержания атмосферного озона

Исследование радиационного баланса Земли

Цель изучения радиационного баланса Земли это измерение количества энергии, излучаемой и отражаемой планетой. Эта информация необходима для изучения механизма преобразования энергии атмосферой, поверхностью суши и океаном, в результате которого поддерживается необходимое энергетическое равновесие. В свою очередь, результаты изучения радиационного баланса используются для моделирования и прогнозирования глобального климата (1, с.8).

Изучение радиационного баланса основывается на трех основных способах измерений: контроль баланса коротковолнового и длинноволнового излучений в верхних слоях атмосферы; измерение коротковолнового излучения у поверхности Земли; а так же измерение электромагнитного излучения в широкой полосе частот (1, с.8).

Антропогенное воздействие на природу и экологические проблемы

Аэрокосмические методы действенное средство наблюдений за изменениями природных условий крупных регионов, особенно районов экологических бедствий и катастроф.

Снимки могут выполнять ревизионную роль. Для такого использования снимков существенное значение имеет создание системы эталонов изображений различных видов антропогенного воздействия. Снимки дают хороший материал для составления карт антропогенного воздействия на природу (2, с.173).

Космические снимки используются при составлении нового типа карт карт охраны природы, дающих оценку современных антропогенных воздействий, характеристику проводимых природоохранительных мероприятий и выявление необходимости применения каких-либо новых охранительных мер (2, с. 173).

Преимущества и недостатки спутниковых систем

Среди различных доступных способов получения снимков спутниковые системы имеют ряд преимуществ:

- на земной орбите находится одновременно много спутников, так что одна и та же территория может обозреваться регулярно с целью обнаружения изменений;

- преобладающее большинство современных спутников передаёт информацию в цифровой форме, что обеспечивает простую и лёгкую её передачу по радио или коротковолновым связям, анализ и обработку информации;

- спутники обеспечивают большую адекватность получаемой информации, в связи с чёткой геометрии полёта;

- спутники запускаются на длительное время, поэтому стоимость получения данных ниже по сравнению с самолётными системами.

Ряд параметров спутниковых орбит влияет на свойство снимков и получаемой информации. Это, прежде всего, высота, наклонение, период обращения и положение относительно Солнца.

По высотам обычно выделяют три уровня:

- 200-400 км. околоземные орбиты пилотируемых кораблей и космических станций, дающих возможность выполнения детальной фотографической съёмки.

- 600-1400 км. орбиты ресурсных и метеорологических спутников, используемые для оперативной менее детальной съёмки.

- 36000 км и выше орбиты геостационарных спутников, используемые для постоянного наблюдения за заданным районом.

Период обращения особенно важен для решения задач мониторинга. Наиболее подходят, так называемые, квазипериодические орбиты с периодом в 14-16 витков в сутки, что позволяет несколько раз в год получать повторные снимки одного и того же участка местности, а определённое суточное смещение трасс полёта обеспечивает широтное перекрытие снимков (3, с. 7-8).

Спутниковые системы также являются незаменимыми в контроле экологической ситуации в отдельных регионах, так и в глобальном смысле на всей планете. Как было сказано выше аэрокосмические методы очень действенны в методике обнаружения и ревезирования антропогенного воздействия на отдельные участки планеты.

Главной проблемой спутниковых систем является их дороговизна, они требуют одномоментных крупных вложений. Также на сегодняшний момент недостаточная точность изображений. Но, несмотря на недостатки данный метод получения информации о Земле является наиболее перспективным.

спутниковая система дистанционный мониторинг

Применение аэрокосмических технологий в дистанционном зондировании является одним из наиболее перспективных путей развития этого направления. Конечно, как и любые методы исследования аэрокосмическое зондирование имеет свои достоинства и недостатки.

Одним из основных недостатков этого метода является его относительная дороговизна и на сегодняшний день недостаточная четкость получаемых данных.

Выше перечисленные недостатки являются устранимыми и малозначимыми на фоне тех возможностей, которые открываются благодаря аэрокосмическим технологиям. Это возможность наблюдать обширные территории на протяжении длительного времени, получение динамической картинки, рассмотрение влияние различных факторов на территорию и их взаимосвязь между собой. Это открывает возможность системного изучения Земли и ее отдельных районов.

Узнать стоимость написания работы -->

Читайте также: