Файл: Лабутина Использование данных ДЗЗ для экомониторинга.pdf

Использование данных дистанционного зондирования для мониторинга экосистем ООПТ

5

1  Современное состояние космических съемок, 

применимых для мониторинга на локальном 
уровне наблюдений

Фонд  космических  съемок  в  настоящее  время  обширный  и  вклю-

чает материалы, полученные съемочными системами разных типов – 
сканерными (многозональными, панхроматическими), радиолокаци-
онными  (на  разных  длинах  волн,  при  разной  поляризации  сигнала) 
и фотографическими (черно-белыми, цветными, спектрозональными 
и  многозональными)  в  разных  участках  электромагнитного  спектра 
(табл. 1), с разным пространственным (от 0,4 м до нескольких киломе-
тров) и радиометрическим разрешением (8,11,12,16 бит/пиксел). 

Таблица 1

Участки спектра электромагнитных колебаний, в которых ведется съемка

Участок спектра

Интервал длин волн

Регистрируемое излучение

Видимый

0,40– 0,69 мкм

Отраженное солнечное  
излучение

Ближний инфракрасный

0,70–1,3 мкм

Средний инфракрасный

1,4–3,0 мкм

Тепловой инфракрасный 3,0–1000 мкм

Тепловое излучение земной 
поверхности

Радио

1мм–десятки метров

Излучение земной поверхности
Искусственное излучение 
(радиолокация)

В  настоящее  время  съемку  Земли  из  космоса  ведут  более  50 

оптико-электронных и радарных космических аппаратов, принадле-
жащих двум десяткам стран, в том числе спутники новейшего поколе-
ния. По сравнению с архивными материалами параметры съемочных 
данных существенно изменились. Во-первых, достижения в области 
волоконной  оптики  сделали  возможным  значительное  улучшение 
пространственного  разрешения  оптико-электронных  съемочных  си-
стем,  что  повлекло  за  собой  широкое  распространение  материалов 
метрового  и  субметрового  разрешения  в  видимом  и  ближнем  ИК 
участках спектра. Сейчас на рынке широко распространены снимки 
с пространственным разрешением 0,4–2,5 м в панхроматическом ва-

Методическое пособие

6

рианте и 1,5–4 м – в многозональном, а в ближайшие годы появят-
ся  съемочные  системы  с  разрешением  0,25  м.  При  этом  неизбежно 
малый  угол  захвата  компенсируется  наклоном  камеры.  Во-вторых, 
изменилось  спектральное  разрешение:  вместо  3–4  каналов  совре-
менные многозональные системы ведут съемку в 8, 14, 36 каналах, а 
современные спектрометры выполняют гиперспектральную съемку в 
200 и более каналах. В- третьих, произошло увеличение радиометри-
ческого разрешения: весь интервал яркостей при съемке разбивается 
не на 256 ступеней (8 бит/пиксел), а, например, на 2048 (11 бит/пик-
сел), что существенно повышает качество снимков, особенно панхро-
матических, т.е. черно-белых. Тенденция последних лет – обеспече-
ние съемки в стереорежиме, которую реализуют разными способами: 
с  разных  витков,  с  одного  витка  двумя  съемочными  системами  или 
изменением наклона одной, с двух спутников в тандеме, снимающих 
почти синхронно. Наиболее полный список, позволяющий получить 
сравнительную характеристику основных параметров действующих в 
настоящее время систем получения данных о земной поверхности из 
космоса, приведен в Приложении 1 и на сайте http://www.scanex.ru/
ru/data/comparsion.asp. 

Снимки  с  пространственным  разрешением  10  и  менее  метров 

распространяются по достаточно высоким ценам, по данным 2010 г. 
в  среднем  примерно  15–30  у.е.  за  1  км

2

,  при  минимальной  площади 

заказа  25  км

2

.  Точная  стоимость  материалов  съемки  определяется 

фирмой-поставщиком данных на момент заказа (Приложение 2).

Геопорталы (Google Earth, Yandex, Космоснимки и другие) не так 

давно  появившиеся,  но  получившие  исключительно  широкую  из-
вестность,  обеспечивают  пользователей  космической  информацией 
с  разрешением  0,6–30 м,  обновляемой  не  реже,  чем  через  2–3 года. 
Технологии  геопорталов  получают  распространение  при  отображе-
нии  оперативной  информации,  особенно  мониторинга  пожароо-
пасности:  например,  портал  Минприроды  и  экологии  РФ  по  опера-
тивному  выявлению  возгораний  на  ООПТ  федерального  значения 
России (http://fires.rfimnr.ru/api/index.html), пожарный сервис, орга-
низованный фирмой СканЭкс (SFMS http://www.scanex.ru/ru/news/
News_Preview.asp?id=n23810191), пожарный сервис Иркутского цен-
тра приема оперативной информации (FIRMS http://msk.eostation.ru/
index.html и http://eostation.irk.ru/) и др. Геопорталы используются и 
поставщиками данных дистанционного зондирования в качестве про-

Использование данных дистанционного зондирования для мониторинга экосистем ООПТ

7

странственной основы для поиска и заказа космической информации, 
например  Космоснимки  (http://kosmosnimki.ru/),  портал  СканЭкс, 
(http://geoportal.ntsomz.ru/), геопортал Роскосмоса.

В последние годы оригинальные снимки (включающие все съемоч-

ные каналы) высокого (15–30 м) Landsat, ASTER и др., а также низкого 
разрешения с пространственной привязкой по орбитальным данным 
стали  доступны  через  Интернет  –  http://earthexplorer.usgs.gov  (или 
более новый портал обращения к той же базе, использующий техно-
логию Java – http://glovis.usgs.gov, откуда доступны также снимки ра-
диометра ASTER). Для доступа на любой из этих порталов необходима 
регистрация. Адреса других каталогов разнообразных типов снимков 
различного разрешения (по О.В. Тутубалиной, 2009, ссылки актуали-
зированы на 2011) приведены в Приложении 3.

Методическое пособие

8

2  Создание аэрокосмического блока системы 

наблюдений

Проведению мониторинговых наблюдений предшествует предва-

рительный этап, он включает выбор материалов космических съемок, 
системы  координат,  программных  пакетов,  формирование  базовых 
данных.

2.1. выбор материалов космических съемок

Основными характеристиками материалов дистанционного зонди-

рования являются масштаб, или пространственное разрешение сним-
ков, т.е. детальность изображения, их тип (черно-белые, цветные, мно-
гозональные, в видимом, инфракрасном или радио диапазонах спектра 
электромагнитных колебаний), сезон и время съемки. Выбор снимков 
с  определенными  характеристиками  зависит  в  решающей  степени  от 
цели исследований и свойств территории, которую предстоит изучать.

Пространственное разрешение. Часто пользователи стремят-

ся  выбрать  снимки  с  максимальной  детальностью,  хотя  это  не  всегда 
оправданно. Выбор детальности снимков зависит от цели исследований и 
географических особенностей объекта наблюдений. Важно иметь в виду 
по крайней мере три обстоятельства. Первое – это минимальный размер 
объектов, которые предполагается дешифрировать и/или отобразить на 
карте в соответствии с масштабом, в котором она будет составляться. В 
большинстве случаев приходится ориентироваться не только на размер 
объектов,  являющихся  предметом  наблюдений,  но  и  на  более  мелкие 
объекты, поскольку они могут дать дополнительную информацию при 
распознавании. Второе – выраженность, четкость границ дешифрируе-
мых объектов: чем более четкие границы имеют объекты, тем более де-
тальное  изображение  можно  использовать.  В  то  же  время  нет  смысла 
использовать очень детальные снимки для дешифрирования объектов с 
плохо выраженными, в виде переходной полосы, границами. Известно, 
что такие границы становятся более четкими по мере уменьшения мас-
штаба. Например, не имеет смысла дешифрировать границу снежного 
покрова или поверхностных морен на леднике по снимкам сверхвысо-
кого разрешения (менее 2 м), поскольку они не имеют четкой границы. 

Использование данных дистанционного зондирования для мониторинга экосистем ООПТ

9

Третье – интервал повторных наблюдений. В общем случае для выяв-
ления сезонных изменений нужны снимки более высокого разрешения, 
чем для выявления долговременных изменений.

При выборе пространственного разрешения снимков горной тер-

ритории важно учитывать точность и детальность цифровой модели 
рельефа (ЦМР). На таких снимках, независимо от технологии съемки, 
возникают существенные геометрические смещения, так называемые 
искажения за рельеф, поэтому необходимо выполнять ортотрансфор-
мирование.  Ортопреобразование  материалов  съемки  выполняется  с 
использованием ЦМР, размер пиксела и точность по высоте которой 
нужно учитывать при выборе пространственного разрешения снимка. 
Если ЦМР имеет детальность регулярной сетки (пиксела) 90 м и отно-
сительную точность по высоте 10 м, то для наблюдений за изменения-
ми  в  положении  конца  ледника  целесообразно  использовать  косми-
ческие снимки с размером пиксела от 1–5 м, а если ЦМР построена по 
топографической карте с сечением рельефа горизонталями через 100 
м, то с более низким разрешением.

Участок  спектра  электромагнитных  колебаний.  Как 

правило,  основной  объем  информации  при  проведении  мониторин-
говых наблюдений дают снимки в видимом и ближнем инфракрасном 
диапазонах спектра, а материалы съемок в инфракрасном тепловом и 
радиодиапазонах могут предоставить дополнительные данные. Вслед-
ствие  различий  в  спектральных  свойствах  объекты  земной  поверх-
ности за редким исключением лучше распознаются на многозональ-
ных снимках – цветном синтезированном или отдельных зональных. 
Принцип  многозональной  съемки,  т.е.  одновременной  съемки  в  не-
скольких каналах, фиксирующих излучение в разных участках спек-
тра, основывается на различиях в спектральной яркости объектов.

Спектральные  свойства  объектов  земной  поверхности  чрезвы-

чайно многообразны, но при этом оказалось, что некоторые их типич-
ные  особенности  связаны  с  определенными  классами  объектов.  По 
виду кривой спектральной яркости выделяют классы: горные породы 
и почвы, растительность, водные объекты, снег и облака. 

Горные  породы  и  почвы  отличаются  постепенным  увеличением 

яркости  с  возрастанием  длины  волны  солнечного  излучения.  Спек-
тральная  яркость  горных  пород  зависит  прежде  всего  от  оптических 
свойств входящих в их состав минералов и химических элементов, а 
также от их дисперсности и влажности.