Файл: Лабутина Использование данных ДЗЗ для экомониторинга.pdf

Методическое пособие

20

Как любая другая система обработки изображений, система ILWIS 

позволяет  выполнять  два  вида  классификации:  контролируемую,  на 
основе статистики признаков в обучающей выборке с использовани-
ем максимум четырех зональных снимков, и неконтролируемую (кла-
стеризацию)  на  основе  спектральных  признаков  –  максимум  восемь 
каналов. Для контролируемой классификации приняты три наиболее 
распространенных метода – минимального расстояния, параллелепи-
педа и максимального правдоподобия. Считается, что последний дает 
наилучшие результаты, так как используется вероятностный подход к 
решению задачи классификации. 

Как  ГИС-пакет  система  ILWIS  обеспечивает  хорошие  возможно-

сти ввода точечной информации, создания и импорта атрибутивных 
таблиц, интерполяции данных. Векторный блок позволяет создавать 
точечные, сегментные и полигонные карты, выполнять их несложное 
оформление  и  выводить  на  печать.  В  программе  обеспечены  такие 
возможности,  как  ортопреобразования,  моделирование  и  простран-
ственный  анализ  статистических  данных,  трехмерная  визуализация 
с интерактивным редактированием для оптимального представления 
модели, создание и визуализация стереопар снимков, методы интер-
поляции и построения цифровых моделей геополей. Примеры прак-
тического применения системы ILWIS для обработки снимков в целях 
решения конкретных задач картографирования и мониторинга при-
родных систем на основе данных дистанционного зондирования при-
ведены в последующих разделах.

В  большинстве  распространенных  ГИС-пакетов  (AutoCAD  Map, 

MapInfo,  ArcGIS  Desktop/Workstation  и  его  наиболее  распространен-
ных  модулей  Arc/Info,  ArcView  и  др.)  есть  модули,  позволяющие  в 
большем или меньшем объеме выполнять дешифрирование снимков. 
Как  правило,  в  таких  ГИС-пакетах  не  предусматриваются  преобра-
зования  снимков  (растровых  изображений),  такие,  как  разного  вида 
классификации,  математические  операции  с  зональными  снимками 
(вычисление индексов) и т. п., но есть возможность создания вектор-
ных карт по растровой подложке. Это значит, что можно выполнять 
визуальное дешифрирование и рисовать контуры распознанных объ-
ектов. Кроме того, можно создавать векторные карты по изображени-
ям, полученным в результате предварительной обработки снимков в 
специализированных программных пакетах.

Использование данных дистанционного зондирования для мониторинга экосистем ООПТ

21

2.4. Формирование базовых данных как уровня 

отсчета мониторинговых наблюдений

Важным этапом создания системы мониторинга охраняемых тер-

риторий  является  формирование  единой  пространственной  основы, 
которая призвана объединить архивные данные, современные источ-
ники и поступающие новые данные, обеспечить их пространственно-
геометрическое  и  смысловое  согласование.  Такой  пространственной 
основой должна стать базовая карта. 

Базовая  карта

  –  слой  тематической  информации,  предназна-

ченный для использования в качестве географической основы и для 
привязки других пространственных данных. От геометрической точ-
ности базовой карты зависит точность всех новых информационных 
слоев, создаваемых на ее основе. 

Содержание карты должны составлять объекты, удовлетворяю-

щие  двум  основным  требованиям:  иметь  четкие  контуры  и  быть 
физиономичными,  т.  е.  изображающимися  на  аэрокосмических 
материалах  различного  разрешения.  В  зависимости  от  географи-
ческих особенностей территории этим требованиям соответствуют 
разные объекты. Практически для любых территорий такими объ-
ектами  являются  элементы  гидрографии:  реки,  озера,  береговая 
линия.  Они  могут  быть  основным  элементом  содержания  базовой 
карты,  обеспечивающим  географическую  локализацию  информа-
ции.  Например,  это  может  быть  сеть  проток,  русло  которых  огра-
ничено  относительно  высокими  прирусловыми  валами  и  потому 
они  не  меандрируют.  В  противоположность  этому  в  большинстве 
высокогорных  районов,  небольшие  водотоки  часто  меняют  русло, 
насыщены  взвесями  и  на  аэрокосмических  изображениях  плохо 
отличаются  от  галечных  и  щебнистых  отложений.  Здесь  на  базо-
вой  карте  могут  быть  показаны  гребни  хребтов,  выходы  скальных 
пород,  характерные  изгибы  верхней  границы  хвойных  лесов.  При 
слабой развитости речной сети для сильно залесенных территорий 
такими объектами могут стать контуры безлесных участков и, нао-
борот, в лесостепной зоне – участки лесов в сочетании с дорогами, 
элементами населенных пунктов.

В качестве базовой можно использовать топографические карты, 

однако большинство из них в нашей стране не обновлялось более 20 
лет, а крупномасштабные топографические карты часто оказываются 

Методическое пособие

22

недоступными. В каждом случае вопрос использовать ли имеющиеся 
данные или составлять такую карту по современным снимкам реша-
ется особо. 

Базовое  аэрокосмическое  изображение.

  Выбор  материа-

лов, которые могут быть использованы для формирования базово-
го  аэрокосмического  слоя,  зависит  не  только  от  наличия  снимков 
разного  пространственного  разрешения,  но  и  от  природных  осо-
бенностей  территории,  прежде  всего  рельефа.  Для  территорий  с 
малым  перепадом  относительных  высот  предпочтительнее  косми-
ческий снимок, отвечающий нескольким требованиям. Он должен 
иметь высокое разрешение, лучше – самое высокое из имеющихся 
данных.  Для  относительно  небольших  территорий  это  могут  быть 
снимки  с  размером  пиксела  5–20  м.  Желательно  в  качестве  базо-
вого  использовать  многозональный  снимок,  так  как  на  нем  легче, 
чем  на  черно-белых  снимках,  распознавать  большинство  природ-
ных объектов. Выбранный снимок должен охватывать территорию 
несколько  большую,  чем  изучаемая,  что  позволит  обеспечить  его 
более точную привязку. 

Для территории с большим перепадом относительных высот в ка-

честве  базового  слоя  нужно  использовать  изображение,  преобразо-
ванное  в  ортогональную  проекцию.  Это  может  быть  ортофотоплан, 
составленный  из  аэрофотоснимков,  или  ортотрансформированный 
космический  снимок,  совмещенный  с  цифровой  моделью  рельефа. 
Современные  снимки  снабжены  системами  пространственных  коор-
динат.  Привязка  осуществляется  по  орбитальным  данным,  поэтому 
снимки,  полученные  разными  съемочными  системами,  часто  геоме-
трически  плохо  согласованы.  Для  базовой  карты  или  базового  аэро-
космического слоя целесообразно уточнить координаты по опорным 
точкам, что впоследствии обеспечит и согласование снимков с разных 
спутников. 

Базовое  аэрокосмическое  изображение  служит  основой  для  при-

ведения к выбранной системе координат всех аэрокосмических сним-
ков, а также других материалов, представленных в растровом формате. 
Опыт показывает, что сопоставление двух даже сильно различающих-
ся, в том числе и разновременных, снимков и поиск идентичных то-
чек на них несравнимо легче, чем сопоставление снимка и карты. Это 
позволяет добиваться хороших результатов при передаче координат и 
трансформировании всех аэрокосмических данных. 

Использование данных дистанционного зондирования для мониторинга экосистем ООПТ

23

Базовая  тематическая  карта.

  Для  согласования  разноо-

бразных  тематических  карт,  составляемых  по  данным  наблюдений, 
помимо базового аэрокосмического слоя желательно иметь и базовую 
тематическую карту (слой), которая обеспечит смысловое согласова-
ние  информации.  Для  этого,  в  частности,  создают  карту  природных 
контуров, или используют имеющуюся. 

Согласование отдельных тематических карт-слоев необходимо как 

на  локальном,  так  и  на  более  высоких  уровнях,  и  заключается  в  со-
гласовании пространственного положения границ. Поскольку многие 
тематические  слои,  относящиеся  к  разным  компонентам  природной 
среды, создаются по аэрокосмическим данным, на первый взгляд мо-
жет показаться, что границы изображаемых выделов будут совпадать. 
Однако в крупных масштабах большинство природных границ носит 
неопределенный  характер  и  при  представлении  картографических 
данных  в  векторном  формате  неизбежно  возникает  задача  обобще-
ния изображения. Растровая структура цифрового снимка усиливает 
неоднозначность границ, поскольку даже при изображении четких на 
местности контуров, как правило, возникают так называемые смешан-
ные пикселы. В то же время для создания по тематическим слоям раз-
ного рода моделей требуется однозначное положение границ, чтобы 
избежать  ложных  выводов  при  сопоставлении.  Содержание  базовой 
тематической карты зависит от природных особенностей охраняемой 
территории,  чаще  это  контуры  растительности  или  орографическая 
схема горных хребтов.

В  противоположность  базовой  карте-основе,  показывающей  чет-

кие, легко распознаваемые на снимках контуры, тематическая базовая 
карта призвана определить и зафиксировать в виде линий положение 
нечетких, неопределенных, в виде переходной полосы природных гра-
ниц, чтобы при последующем применении геоинформационных тех-
нологий обеспечить сопоставимость тематических данных.

Таким образом, три базовых слоя  –  векторная карта-основа, рас-

тровое аэрокосмическое изображение, дополненное цифровой моде-
лью рельефа, и базовая тематическая карта составляют блок базовой 
информации для картографо-аэрокосмического обеспечения монито-
ринга территории, который должен способствовать взаимной увязке и 
согласованию всех остальных источников  пространственных данных 
(рис. 5).

Методическое пособие

24

3  Методы обработки космических снимков

Все  разнообразие  приемов  и  способов  дешифрирования  сводит-

ся  к  двум  основным  методам:  визуальному  и  автоматизированному 
(компьютерному).  Под  визуальным  дешифрированием  понимается 
процесс,  выполняемый  исполнителем,  независимо  от  того,  в  каком 
виде  представлен  снимок:  в  виде  фотоотпечатков  или  изображения 
на экране компьютера. В противоположность этому автоматизирован-
ное  (компьютерное)  дешифрирование  –  это  программная  обработка 
снимков  на  компьютере.  Существовавшее  некоторое  время  тому  на-
зад  представление  о  том,  что  автоматизированное  дешифрирование 
полностью  заменит  визуальное,  оказалось  неверным.  Более  того,  по 
мере  все  более  широкого  использования  снимков  со  сверхвысоким 
пространственным разрешением роль визуального дешифрирования 
возрастает. Это объясняется тем, что способности человека анализи-
ровать изображение пока существенно превосходят возможности вы-
числительной техники. 

Одно из основных преимуществ визуального метода дешифриро-

вания перед автоматизированным заключается в легкости получения 
пространственной информации. Дешифровщик без труда определяет 
форму,  относительные  размеры  объектов  и  особенности  их  распре-
деления.  Другое  несомненное  преимущество  визуального  способа  – 
одновременное  использование  всей  совокупности  дешифровочных 
признаков, в особенности косвенных. На современном этапе развития 
компьютерных  технологий  такая  задача  пока  еще  не  решена.  Также 
недостижимы  для  компьютера  логическое  мышление  и  интуиция, 
которыми  обладает  человек  и  которые  позволяют  ему  извлекать  из 
снимка информацию не только об объектах и их свойствах, но и о про-
цессах и явлениях. 

К  преимуществам  компьютерного  метода  дешифрирования 

можно  отнести  возможность  преобразования  яркостей  цифровых 
снимков для улучшения их восприятия, а также разнообразные ма-
тематические  операции,  классификацию  по  заданным  признакам. 
Несомненны  преимущества  этого  метода  при  обработке  многозо-
нальных  снимков  и  особенно  при  сопоставлении  разновременных