Лекция №1 ВВЕДЕНИЕ

План

1. Цели и задачи курса

2. Понятие о дистанционных методах в геоэкологических исследованиях.

3. Определение термина «дешифрирование»

4. Аэрокосмические методы, их сущность, разновидности, научное и практическое значение в изучении природы Земли

5. Краткая история аэрокосмических методов и их использование в исследованиях геосистем

6. Принципиальная схема исследований

1. Цели и задачи курс «Методы дистанционных исследований»

Желание увидеть Землю с высоты птичьего полета у естествоиспытателей возникло давно. Однако только с появлением первых летательных аппаратов – сначала воздушного шара, а затем самолета - обозрение земной поверхности с воздуха перешло из мира фантастики в реальность. «Только теперь, с высоты прямолинейного полета мы открываем истинную основу нашей Земли, фундамент из скал, песка и соли, на котором, словно мох среди развалин, зацветает жизнь», – писал замечательный французский летчик и писатель Антуан де Сент-Экзюпери.

В двадцатые годы ХХ столетия были сделаны первые попытки использования аэрофотоснимков для специального изучения лесов и в начале тридцатых годов – почв, в 50-60-е годы – для поисков месторождений полезных ископаемых. Создание космических аппаратов и съемочных систем, работающих в более широком диапазоне электромагнитных излучений с оперативной доставкой по радиоканалам результатов съемки на пункты приема, активизировало развитие этого направления. Оно получило название «дистанционное зондирование».

Под дистанционным зондированием понимают неконтактное изучение Земли (планет, спутников), ее поверхности, близповерхностного пространства и недр, отдельных объектов, динамических процессов и явлений путем регистрации и анализа их собственного или отраженного электромагнитного излучения. Регистрацию можно выполнять с помощью технических средств, установленных на аэро- и космических летательных аппаратах, а также, в частных случаях, на земной поверхности(например, при исследовании динамики эрозионных и оползневых процессов, в гляциологии и др.).

Принципиально к дистанционному зондированию можно отнести известные методы исследования недр – сейсморазведку, гравиразведку, сканирующую эхолоцию дна водоемов и др. в изучении земельных ресурсов, кадастре, земельном и экологическом мониторинге используются методы зондирования только с помощью электромагнитных излучений.

Дистанционное зондирование, интенсивно развиваясь, выделилось в самостоятельное направление – использования снимков. Международное фотограмметрическое общество (МФО) в которое входил СССР в 1980 г. преобразовано в Международное общество фотограмметрии и дистанционного зондирования (МОФ и ДЗ). (Фотограмметрия – техническая наука о методах определения метрических характеристик объектов и их положения в двух- или трехмерном пространстве по снимкам, поученным с помощью специальных съемочных систем: фотокамеры, регистраторы электромагнитных излучений. Задача фотограмметрии – топографическое картографирование, создание специальных планов и карт.).

---

Дешифрирование (интерпретация) технологически входит в фотограмметрию и дистанционное зондирование.

Изучение дисциплины «Дистанционные методы в г/э» опирается на знания математики, информатики, физики, экологии, почвоведения, геоморфологии, геологии, геодезии, картографии, ГИС и др.

В последние годы благодаря современным аэросъемкам и зондированию Земли из космоса стало реальным комплексное познание земных недр, прогнозирование месторождений полезных ископаемых, изучение состояния и изменений литосферы и географической оболочки под воздействием техногенеза, организация оперативного мониторинга окружающей среды. Методы дистанционного зондирования открыли широкие перспективы для геоэкологических исследований, во многом предопределили пути развития геоэкологии и других наук о Земле.

В изучаемой дисциплине основное внимание уделено методике дешифрирования аэрокосмических снимков и практической реализации данных дистанционного зондирования при геоэкологической оценке влияния хозяйственной деятельности на окружающую среду; рассматриваются вопросы использования материалов дистанционных съемок в геоэкологических исследованиях.

Дистанционные методы исследования окружающей среды – это многосложная и разносторонняя область науки и техники, переживающая период бурного развития. Современные дистанционные методы зондирования объектов, особенно космические, открыли качественно новый этап в информационном обеспечении исследований и разработок в науках о Земле и хозяйственной практике.

Данные дистанционного зондирования в настоящее время стали доступны широкому кругу пользователей и активно применяются не только в научных, но и производственных целях. Результаты дистанционного зондирования являются одним из основных источников актуальных и оперативных данных для геоинформационных систем (ГИС). Они служат важнейшим источником объективной и оперативной информации в различных явлениях, происходящих в географической оболочке Земли, являются эффективным инструментом для контроля за состоянием окружающей среды и решения задач рационального природопользования. Очевидно, что дальнейший прогресс развития природоведческих наук неразрывно связан с использованием дистанционных методов исследования.

Дисциплина направлена на изучение средств аэрокосмического мониторинга, различных классификаций аэрокосмических съемок, геометрических, изобразительных и информационных свойств снимков. В ней излагаются материалы, касающиеся технологии и методов дешифрирования снимков, и создания карт на основе аэрокосмической информации. Особое внимание уделяется дистанционной индикации экосистем, особенностям дешифрирования различных компонентов окружающей среды.

Цель дисциплины: освоение современных достижений аэрокосмических технологий, обучение студентов основам аэрокосмических методов в геоэкологических исследованиях, методам анализа и дешифрирования аэрофото- и космических снимков.

---

Задачи изучения дисциплины:

– раскрыть основные вопросы методики научных исследований;

– ознакомить с методами аэрокосмических исследований природных и природно-антропогенных геосистем;

– освоить основные практические навыки дешифрирования и обработки снимков.

2. Понятие о дистанционных методах в геоэкологических исследованиях

Дистанционные зондирование можно представить как процесс, посредством которого собирается информация об объекте, территории или явлении без непосредственного контакта с ней. Методы дистанционного зондирования основаны на регистрации в аналоговой или цифровой форме отраженного или собственного электромагнитного излучения участком поверхности в широком спектральном диапазоне.

Космическое дистанционное зондирование, интенсивно развивающееся в последние десятилетия, предоставило наукам о Земле новые возможности для исследования земной поверхности. За этот период существенно возросли объем, разнообразие и качество материалов, содержащих данные дистанционного зондирования Земли из космоса. К настоящему времени накоплен огромный фонд космических снимков, почти полностью покрывающих всю поверхность Земли, значительные части районов имеют многократное перекрытие с разным разрешением.

Данные дистанционного зондирования (ДДЗ) сразу поступают в цифровом виде (кроме некоторых аналоговых систем, выходящих из эксплуатации), что позволяет непосредственно использовать для их обработки современные компьютерные технологии. Цифровое изображение представляет собой матрицу чисел. Каждый элемент этой матрицы, называемый пикселом, отвечает какой-либо характеристике 9отражательной способности, температуре и т.д.) участка местности в определенной зоне электромагнитного спектра. Следует отметить, что размер этого участка зависит от разрешения снимка.

Полученные данные обрабатываются, производятся следующие операции:

- восстановление или коррекция;

- предварительная обработка;

- классификация;

- преобразование изображений;

- специализированная тематическая обработка.

На выходе мы может видеть обработанную цифровую информацию в виде снимка Земли из космоса, содержащего полную и объективную картину вида Земли в определенном диапазоне.

С помощью данных ДЗЗ решаются многие важные научные задачи экономического, социального и экологического развития как отдельных регионов, так и страны в целом. В настоящее время данные ДЗЗ широко используются:

- при решении задач в интересах сельского, лесного и рыбного хозяйства;

- поиске, инвентаризации и освоении природных ресурсов;

- обеспечении судоходства и транспортировки грузов, прокладке и контроле состояния различных коммуникаций;

- контроле чрезвычайных ситуаций и оценке экологической обстановки;

- охране природы;

---

- прогнозировании погоды;

- оценке глобальных изменений и эволюции климата;

- создании и ведении территориальных информационных систем и др.

Дистанционное зондирование (ДЗ) означает получение информации о состоянии исследуемой территории по измеренным на расстоянии, без непосредственного контакта датчиков с поверхностью, характеристикам электромагнитного излучения.

Используется широкий диапазон излучений от 0.4 мкм -30 м. В связи с этим используются различные средства съемки: фотографические, телевизионные, сканирующие, радиолокационные и др. Датчики могут быть установлены на космических аппаратах, самолетах и других носителях. Диапазон измеряемых электромагнитных волн - от долей микрометра (видимое оптическое излучение) до метров (радиоволны).

Методы ДЗЗ:

• пассивные, т.е. использовать естественное отраженное или вторичное тепловое излучение объектов на поверхности Земли, обусловленное солнечной радиацией,

• активные - использующие вынужденное излучение объектов, инициированное искусственным источником направленного действия.

Сама возможность идентификации и классификации объектов по информации ДЗЗ основывается на том, что объекты разных типов - горные породы, почвы, вода, растительность и т.д. - по-разному отражают и поглощают электромагнитное излучение в том или ином диапазоне длин волн.

Рис.1. Поглощение и отражение объектами ЭМ излучения

Данные ДЗЗ, полученные с датчиков космического базирования, характеризуются большой степенью зависимости от прозрачности атмосферы. Поэтому на космических аппаратах устанавливаются многоканальные датчики пассивного и активного типов, регистрирующие электромагнитное излучение в спектральных диапазонах, расположенных в "окнах прозрачности" земной атмосферы.

Методика тематического анализа данных ДЗЗ заключается в определении спектральных диапазонов, чувствительных к изменениям спектральных свойств целевых объектов и выборе зависимостей, связывающих значения дистанционно измеренных яркостей с искомыми параметрами среды (состав, влажность, структура почв при мониторинге почв, типы растительности, уровни вегетации, проективное покрытие при мониторинге фитоценозов, содержание фитопланктона, минеральных взвешенных веществ, органического вещества при мониторинге водной среды и т.п.). Достоверность количественных результатов анализа определяется тем, известны или нет на момент измерений точные значения коэффициентов зависимостей между параметрами среды и спектральными характеристиками целевых объектов. Наиболее часто встречающийся способ повышения достоверности - проведение одновременно с космической съемкой тестовых измерений на репрезентативных участках.

Оперативное дистанционное зондирование Земли методами аэро- и космической съёмки в кратчайшие сроки даёт людям информацию об изменении поверхности. Информация такого рода на большие территории служит для мониторинга как географических, так и техногенных процессов, анализ которых приносит значительную эффективность при управлении сферами человеческой жизнедеятельности.

---

3. Определение термина «дешифрирование»

Под дешифрированием аэрофотоматериалов понимается «определение и характеристика по снимкам категорий земной поверхности, явлений и объектов, как слагающих ее, так и находящихся на ней» (Гавеман, 1939).

Более развернутое определение понятия дешифрирования дается Г.В. Господиновым (1957). «Под дешифрированием аэрофотоснимков следует понимать процесс распознавания предметов и контуров местности по их фотографическим изображениям, их, качественная и количественная характеристика, установление взаимосвязей между ними, а также выявление особенностей географического размещения и изучение явлений и процессов, происходящих на местности».

И.А. Лабутина рассматривает «дешифрирование – как метод изучения и исследования объектов, явлений и процессов на земной поверхности, который заключается в распознавании объектов по их признакам, определении характеристик, установлении взаимосвязей с другими объектами».

Дешифрирование аэрофотоснимков для составления топографических карт относится к общему дешифрированию. Методика общего дешифрирования в настоящее время полно и широко освещена в литературе. Дешифрирование аэрофотоснимков с целью исследования почвенных, геоботанических, геологических и т. д. объектов относится к специальному дешифрированию.

В зависимости от поставленных задач дешифрирование может быть упрощенным, схематическим и детальным.

В зависимости от способов дешифрирования оно подразделяется на:

1) морфографическое дешифрирование, состоящее из визуального рассматривания, определения и характеристики исследуемых по аэрофотоснимкам объектов;

2) морфометрическое дешифрирование, слагающееся из различного вида измерительных исследований содержания аэрофотоснимков (Викторов, 1947);

3) инструментальное дешифрирование, состоящее из фотометрических исследований аэронегативов.

При производственном исследовании почвенного покрова аэрофотрграфическим методом пользуются только двумя первыми способами дешифрирования в связи с недостаточной разработкой метода.

По месту своего проведения дешифрирование подразделяется на полевое и камеральное. При полевом дешифрировании аэрофотоснимок ориентируется на ме­стности, объекты на аэроснимке сличаются с объектами на местности, опознаются и характеризуются путем изучения их на местности и на снимке. При камеральном дешифрировании опознавание и характеристика наземных объектов произво­дится на основании изучения дешифровочных показателей их на аэрофотоснимках.

В ряде случаев по аэроснимку трудно дать исчерпывающую характеристику природного ландшафта, поэтому одного камерального дешифрирования бывает недостаточно. В той или иной степени оно должно быть дополнено наземными работами. Поэтому, как правило, камеральное дешифрирование сочетается с полевым дешифрированием типичных ключевых участков.

---

Смотрите также файлы

• Лекция 2.docx

• Лекция 3.docx

• Лекция 4.doc

• Лекция 5.docx

• Лекция 6.doc