Дистанционное зондирование Земли

Дистанционным зондированием Земли (ДЗЗ) является получение информации о поверхности Земли и ее водах Земли, а также расположенных на ней объектах. ДЗЗ наиболее часто применяется в сельском хозяйстве, геодезии, картографировании, мониторинге поверхности земли и океана и исследования слоев атмосферы.

В сельском хозяйстве можно получать изображения отдельных полей, регионов и округов. Можно получать ценную информацию о состоянии угодий, определять площадь посевов и состояние урожая.

Применение ДЗ для мониторинга лесного покрова. Используя данные ДЗ можно определить и разграничить типы леса, проследить за изменениями в лесном покрове, текстуре и плотности листьев.

В геодезии ДЗ используется для определения изменения в распределении земных масс.

Дистанционное зондирование может применяться в акустических и около-акустических системах. К примеру: сонар-используется для обнаружения подводных объектов; сейсмографы-используются для обнаружения и регистрации сейсмических волн; УЗИ: датчики ультразвукового излучения-используется для обнаружения волн на воде и определения уровня воды. Главное преимущество использования ДЗЗ заключается в отдаленном расстоянии объекта. Повседневная жизнь людей подвержена большим влиянием данных ДЗ. Это относиться и к информации о погоде и прогнозировании глобальных климатических изменениях. Понимание используемых спутниковых снимков необходимо т.к. полученная исследователями информация говорит о том, что большинство пользователей не имеет теоретического представления о данных с которыми они работают. В большинстве высших учебных заведений обучение дистанционному зондированию осуществляется на кафедрах географии. Данная дисциплина представляет собой одну из ключевых технологий аэрокосмической промышленности и представляет большое экономическое значение. Основой методов ДЗ является использование сенсоров, размещенных на спутниках производящих регистрацию электромагнитного излучения в форматах, пригодных цифровой обработке.

Этапы дистанционного зондирования и получение данных.

Основными технологическими этапами является получение снимка объекта исследования и дальнейшая работа с ними.

Дистанционное зондирование состоит из 5 этапов:

• 1    этап. Съемка объекта.

• 2    этап. Фотограмметрическая обработка данных и их дешифровка.

• 3    этап. Составление карты ГИС.

• 4    этап. Представление полученных данных в виде цифровой модели, для дальнейшего анализа.

• 5    этап. Получение результатов и прогнозирование для определения дальнейших действий.

Важным моментом исследования является оценка достоверности и точности полученных результатов. Для этого применяют другую информацию и обрабатывают ее иными методами, что требует дополнительных затрат .

Оптимальный способ использования данных наблюдений со спутников заключается в анализе их совместно с информацией из других источников. В комплексе, полученные данные являются основой для моделирования и принятия решений.

Принцип многокомпонентности реализуется различными методами съемки и их анализирования, что в свою очередь дает многокомпонентную информацию.

Данные дистанционного зондирования получают с помощью различных съемочных систем и спутников.

Существуют определенные диапазоны, в которых используются различные методы получения снимков. В связи с этим, снимки делят на три типа:

• 1.    снимки в видимом, ближнем и среднем (световом) диапазоне. Это могут быть фотографические снимки; ОМ-сканерные; ПЗС-сканерные.

• 2.    снимки в т инфракрасном диапазоне. К таким снимкам относятся только тепловые.

• 3.    снимки в радиодиапазоне. К ним относятся микроволновые радиометрические и радиолокационные снимки.

К примеру, аэрокосмическую съемку ведут в местах прозрачной атмосферы с использованием излучения в разных спектральных диапазонах -инфракрасном, тепловом и световом.

Для получения снимков используют различные виды съемки.

Многозональная съемка-это использование многозональных снимков и основано на уникальности тоновых характеристик различных объектов. Данная съемка позволяет безошибочно выделять определенные пространственные структуры.

Стереосъемка-перекрывает последовательные точки орбиты, что дает возможность иметь точное представление о трехмерных объектах.

Многовременная съемка-планируется на определенную дату и время, помогая наблюдать и сравнивать объекты изменяющиеся во времени.

Многоуровневая съемка-благодаря съемкам на различных уровнях, позволяет получить точную информацию связанную с территорией.

Много поляризационная съемка-применяется при проведении границ между объектами имеющими разные поляризационные свойства.

Комбинирование всех этих методов называют комбинированным методом съемки.

Дешифровку и обработку полученных данных выполняют специалистов из разных предметных областей. Умение читать снимки, т.е.

дешифровать их необходима, т.к. снимки содержат разнообразную информацию и в отличии от карт не имеют условных обозначений. Дешифрирование основано на знании отличительных дешифрованных признаков объектов — своеобразной азбуки снимков. Одни из этих признаков прямые, они непосредственно указывают, какой объект изобразился на снимке. Например, белый цвет — признак снега или солевой корки, прямоугольная форма земельных участков — признак распаханных или занятых посевами полей, а по форме тени можно определить характер постройки. Однако более существенны косвенные признаки. Они позволяют получить сведения об объектах и процессах, не изобразившихся на снимках, используя их взаимосвязи. Например, характер растительности в засушливых районах свидетельствует о глубине залегания невидимых грунтовых вод и насыщенности их минеральными солями.

Фотограмметрическая обработка (измерения) – предоставляет информацию о местонахождении изучаемого объекта и данные о размере и форме. Для этого выполняется трансформирование снимков, их изображение приводится в определенную картографическую проекцию. Это позволяет определять по снимкам положение объектов и их изменение во времени.

Объединение данных космической съемки с другими данными возможно на основании географической привязки к изучаемой территории, в частности, возможно объединение данных, полученных в разное время с одного спутника, или данные, полученные разными системами дистанционного зондирования. При ДЗ используются геоинформационные системы (ГИС), объединяющие полученные информации с различных источников. Данные в ГИС описывают, как правило, реальные объекты, такие как дороги, здания, водоемы, лесные массивы. Реальные объекты можно разделить на две абстрактные категории: дискретные (дома, территориальные зоны) и непрерывные (рельеф, уровень осадков, среднегодовая температура)

Для передачи данных на наземную станцию существуют три способа передачи.

Первый способ-передача данных на станцию расположенную в зоне спутника.

Второй способ-передача данных с задержкой во времени, при котором вся информация сохраняется на самом спутнике.

Третий способ-передача данных с геостационарных спутников от одного к другому до момента нахождения одного из спутников в зоне наземной станции.

После поступления данных на станцию, выполняется их обработка, с последующим преображением их в цифровой формат и записью на компактдиск.

Для считывания анализа формат записи данных должен быть удобным. В ДЗ обычно применяются три вида формата данных:

• 1.    Формат BIP (Band Interleaved by Pixel).

• 2.    Формат BIL (Band Interleaved by Line).

• 3.    Формат BSQ (Band Sequential).

При BIP записи, информация для каждого канала записывается полностью. Другими словами, данные всех пикселов канала 1 записываются в первую очередь, затем записываются все пиксели канала 2 и т.д. Он удобен при выполнении по-пиксельной обработки многозонального снимка, например, в алгоритмах классификации.

Метод BIL использует способ записи многоканальных изображений, при котором строки значений для каждого канала записываются последовательно. Например, в случае трехканального изображения, все три канала данных сначала записываются в строку 1, затем в строку 2, и т.д., пока не будет записана последняя строка изображения. Такая запись удобна, когда выполняется анализ одновременно всех зон.

При BSQ записи каждый зональный снимок содержится в отдельном файле. Это удобно, когда нет необходимости работать сразу со всеми зонами. Одну зону легко прочитать и визуализировать, зональные снимки можно загружать в любом порядке по желанию.

Полученные данные ДЗ записываются на компакт-диск или магнитную ленту.

Магнитные ленты уступают компакт-дискам по размеру и надежности. Это обусловлено восприимчивостью лент к магнитным полям, частой деформацией и низкой плотностью записи (6250 байт) в то время, как плотность компакт-дисков составляет 650 МБ. При использовании компактдисков есть возможностью прямого доступа к данным. При этом для их считывания можно использовать любой дисковод для компакт-дисков, соответствующий требованиям стандарта ISO 9660.

Дистанционное зондирование стоит довольно дорого, особенно космическое. Несмотря на это, сравнительный анализ затрат и получаемых результатов доказывает высокую экономическую эффективность зондирования. Поэтому научно-исследовательская, экспериментальная, конструкторская и оперативная деятельность в области ДЗ, которая интенсивно развивается в ведущих странах мира, является полностью оправданной.