ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.02.2024
Просмотров: 27
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Задание 2. Применение ДЗЗ в различных отраслях
Сельское хозяйство
При помощи спутников можно с определенной цикличностью получать изображения отдельных полей, регионов и округов. Пользователи могут получать ценную информацию о состоянии угодий, в том числе идентификацию культур, определение посевных площадей сельскохозяйственных культур и состояние урожая. Спутниковые данные используются для точного управления и мониторинга результатов ведения сельского хозяйства на различных уровнях. Эти данные могут быть использованы для оптимизации фермерского хозяйства и пространственно-ориентированного управления техническими операциями. Изображения могут помочь определить местоположение урожая и степень истощения земель, а затем могут быть использованы для разработки и реализации плана лечения, для локальной оптимизации использования сельскохозяйственных химикатов. Основными сельскохозяйственными приложениями дистанционного зондирования являются следующие:
· растительность:
o классификация типа культур
o оценка состояния посевов (мониторинг сельскохозяйственных культур, оценка ущерба)
o оценка урожайности
· почва
o отображение характеристик почвы
o отображение типа почвы
o эрозия почвы
o влажность почвы
o отображение практики обработки почвы
Мониторинг лесного покрова
Дистанционное зондирование также применяется для мониторинга лесного покрова и идентификации видов. Полученные таким способом карты могут покрывать большую площадь, одновременно отображая детальные измерения и характеристики территории (тип деревьев, высота, плотность). Используя данные дистанционного зондирования, возможно определить и разграничить различные типы леса, что было бы трудно достичь, используя традиционные методы на поверхности земли. Данные доступны в различных масштабах и разрешениях, что вполне соответствует локальным или региональные требованиям. Требования к детальности отображения местности зависит от масштаба исследования. Для отображения изменений в лесном покрове (текстуры, плотности листьев) применяются:
· мультиспектральные изображения: для точной идентификации видов необходимы данные с очень высоким разрешением
· многоразовые снимки одной территории
, используются для получения информации о сезонных изменений различных видов
· стереофотографии - для разграничение видов, оценки плотности и высоты деревьев. Стереофотографии предоставляют уникальный вид на лесной покров, доступный только через технологии дистанционного зондирования
· Радары широко применяются в зоне влажных тропиков, благодаря их свойству получать изображения при любых погодных условиях
· Лидары позволяют получать 3-мерную структуру леса, обнаруживать изменения высоты поверхности земли и объектов на ней. Данные Лидара помогают оценить высоту деревьев, области корон и количество деревьев на единице площади.
Мониторинг поверхности
Мониторинг поверхности является одним из наиболее важных и типичных применений дистанционного зондирования. Полученные данные используются при определении физического состояния поверхности земли, например, леса, пастбища, дорожного покрытия и т.д., в том числе результатов деятельности человека, такие, как ландшафт в промышленных и жилых зонах, состояния сельскохозяйственных территорий и т.п. Первоначально должна быть установлена система классификации земельного покрова, которая обычно включает в себя уровни и классы земель. Уровни и классы должны быть разработаны с учётом цели использования (на национальном, региональном или местном уровне), пространственного и спектрального разрешения данных дистанционного зондирования, запросу пользователя и так далее.
Обнаружение изменения состояния поверхности земли необходимо для обновления карт растительного покрова и рационализации использования природных ресурсов. Изменения, как правило, обнаруживаются при сравнении нескольких изображений, содержащих несколько уровней данных, а также, в некоторых случаях, при сравнении старых карт и обновленных изображений дистанционного зондирования.
· сезонные изменения: сельскохозяйственные угодья и лиственные леса изменяются по-сезонно
· годовые изменения: изменения поверхности земли или территории землепользования, например, районы вырубки леса или разрастания городов
Информация о поверхности земли и изменения характера растительного покрова прямо необходимы для определения и реализации политики защиты окружающей среды и могут быть использованы совместно с другими данными для проведения сложных расчетов (например, определения рисков эрозии).
Геодезия
Сбор геодезических данных с воздуха впервые был использован для обнаружения подводных лодок и получения гравитационных данных, используемых для построения военных карт. Эти данные являют собой уровни мгновенных возмущений гравитационного поля Земли, которые могут быть использованы для определения изменений в распределении масс Земли, что в свою очередь может быть востребовано для проведения различных геологических исследований
Задание3. Обзор спутников ДЗЗ
В настоящее время существует необходимость оперативного мониторинга состояния нашей планеты. Для решения многих проблем применяется дистанционное зондирование Земли, то есть получение снимков с помощью космических и авиационных средств, оснащенных различными видами аппаратуры. Космические снимки используются в различных отраслях — сельском хозяйстве, геологических и гидрологических исследованиях, лесоводстве, охране окружающей среды, планировке территорий, образовательных, разведывательных и военных целях. Первая фотография Земли из космоса была получена в 1946. За прошедшее время накоплено огромное количество снимков Земной поверхности. В настоящее время в сети Интернет имеется большой объем информации по космическим съемкам Земли. Прежде всего, это каталоги, позволяющие бесплатно получить информацию о наличии снимков определенного типа на данную территорию, оценить качество по данным в каталоге и уменьшенному просмотровому изображению. Во всем мире широко используются данные NOAA, Landsat, SPOT, IRS, RADARSAT, ERS и другие. Рассмотрим основные характеристики некоторых спутников. Геостационарный спутник: глобальный охват, высокое временное, но очень низкое пространственное разрешение. GOES (Geostationary Operational Environmental Satellite) - съемочный инструмент имеет пять спектральных диапазонов, в основном используемых для метеорологических задач, пространственное разрешение 1 км в видимом и 4 км в тепловых диапазонах. Данные GOES архивируются на Интернете во множестве каталогов. Обновление данных происходит каждые 15 минут, что необходимо для прослеживания динамичных атмосферных процессов. http://www.goes.noaa.gov - здесь публикуются данные, получаемые американскими спутниками GOES на атлантический, сухопутный американский и тихоокеанский сектора. Спутники NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration, США) оборудованы сканером AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer). AVHRR обеспечивает глобальный сбор данных по всем каналам, полоса съемки имеет ширину 2400 км, спутник облетает Землю 14 раз в сутки. Основной источник необработанных данных AVHRR - интерактивный спутниковый архив NOAA - http://www.saa.noaa.gov. Помимо этого, данные AVHRR архивируются и распространяются региональными станциями приема, например, на территории России действует сеть региональных станций приема. Данные AVHRR используются для определения температуры суши, температуры поверхности моря, выявления пожаров, измерения вегетационного индекса, наблюдения облачного, снежного и ледового покровов. Спутники SeaStar и Terra на полярных орбитах (сканеры SeaWIFS, MODIS, MISR): среднее и низкое пространственное разрешение, средний охват, высокое спектральное разрешение, распространяются бесплатно. Спутник SeaStar, данные можно получать бесплатно (для исследовательских и образовательных целей) с задержкой около двух недель с момента съемки, став авторизованным пользователем NASA (что бесплатно и требует только посылки краткого научного проекта). Информация о спутнике и архиве находится по адресу: http://seawifs.gsfc.nasa.gov/SEAWIFS/BACKGROUND/. Сканер MODIS (американский спутник Terra) имеет пространственное разрешение от 250 до 1000 м в 36 спектральных каналах и его данные бесплатны. Фактически MODIS является следующим поколением сканеров AVHRR, усовершенствованным по всем направлениям. Образцы снимков: http://www.scanex.ru/rus/gallery/gallery.htm. SPOT: небольшой охват, высокое пространственное разрешение, высокая стоимость. Работа с просмотровыми изображениями. Французские спутники и съемочные системы SPOT (Systeme Pour l'Observation de la Terre) начали работать в 1986 г. Многоэлементные сканирующие устройства SPOT HRV работают в многозональном и панхроматическом режимах. Каталог DALI с возможностью гостевого доступа находится по адресу: http://www.spotimage.fr/home/proser/whatdali/daligst/welcome.htm. Сами по себе данные SPOT очень дороги, однако для обобщенных исследований можно использовать бесплатные просмотровые изображения\, их разрешение составляет первые сотни метров. Для СПОТ 1 - 3 эти изображения содержат все исходные зоны. Приведенная таблица показывает характеристики просмотровых изображений для SPOT и Landsat TM в двух широко известных Интернет-каталогах: Параметр ы просмотро вых изображен ий Интернет каталоги Spotimage http://www.spotimage.fr/ho me/proser/whatdali/daligst/w elcome.htm EROS Data Center http://edcwww.cr.usgs.gov/webgl is SPOT HRV SPOT Pan Landsat MSS Landsat TM Размер сцены в пикселах 500х500 404х400 500х500 382х336 Спектраль ные зоны (номера) 1,2,3 1 1,2,4 3,4,5 Разрешени е м 120х120 120х120 458х425 484х506 Для отдельных задач использование таких просмотровых изображений является достаточным. Можно отметить, что цена самих снимков прежде всего определяется пространственным разрешением. Программа Landsat — наиболее продолжительный проект по получению спутниковых фотоснимков планеты Земля. Первый из спутников в рамках программы был запущен в 1972. Оборудование, установленное на спутниках Landsat сделало миллиарды снимков. LandSat 7 — последний из
спутников дистанционного зондирования Земли, запущенный в 1999 году в рамках программы Landsat. Основной целью спутника было обновление глобального архива спутниковых фотографий. Хотя программа LandSat управлялась NASA, данные съемок обрабатываются и распространяются Геологической службой США. Программа NASA World Wind использует изображения, полученные, в частности, с Landsat 7. Миссия Landsat 7 рассчитана на длительность до 5 лет и могла снимать и передавать до 532 изображений в сутки. Спутник находится на полярной, гелиосинхронной орбите, и пролетает над всей поверхностью планеты. При высоте 705 км на полное сканирование поверхности уходит 232 оборота, или 16 суток. Основным инструментом ДЗЗ является Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+). В 2003 году вышел из строя прибор Scan Line Corrector (SLC) в инструменте ETM+. Назначение прибора — компенсация продольного движения спутника, таким образом, что итоговые полосы сканирования расположены параллельно друг другу (и перпендикулярно направлению движения спутника). Без компенсации от SLC, получаемые изображения имеют вид «зигзага», когда некоторые участки поверхности снимаются дважды, а некоторые вообще не снимаются. Спутник поставляет примерно на четверть меньше данных без такой коррекции. Landsat 7 продолжил собирать данные в подобном режиме. Был создан программный пакет, позволяющий пользователю заполнять неотснятые участки изображения данными с других витков Landsat 7. NASA заключило контракт с EarthSat на производство глобальной мозаики Landsat GeoCover (Geocover 2000 в программе NASA World Wind). Данная мозаика доступна для бесплатной загрузки в формате MrSID и стала первой глобальной свободно доступной мозаикой. Большие части поверхности земли, показанные на онлайн-сервисах Google Maps, Google Earth, Bing Maps и Yahoo! Maps, основаны на улучшенных и измененных по цветам снимкaх Landsat 7.
Заключение
Данные спутниковой съемки содержат полезную информацию, полученную в различных спектральных диапазонах, и сохраняются в цифровом виде. Поскольку космические снимки охватывают большие области, их можно использовать для тематических региональных исследований и идентификации крупных пространственных объектов, в частности, структур рельефа. Регулярная съемка территорий позволяет проводить мониторинг водных ресурсов, агротехнического состояния сельскохозяйственных культур, эродированности почв, развития инфраструктуры городов и других процессов, объектов и явлений, которые изменяются под воздействием природных и антропогенных факторов. С помощью космической съемки достаточно просто получить данные о труднодоступных областях. Еще одним преимуществом ДЗЗ является возможность получения снимков разного разрешения, что позволяет применять данные дистанционного зондирования для решения различных задач в разных предметных областях. Поскольку анализ материалов ДЗЗ выполняется камерально, требуется меньше полевых исследований, что окупает затраты на приобретение данных. Экономически эффективным является и применение космических снимков для оперативного обновления средне- и мелкомасштабных карт. Цифровой формат материалов ДЗЗ и использование компьютеров для их обработки и анализа обеспечивают быстрое получение результатов.
Исторически один из наиболее развитых способов получения информации об объектах земной поверхности – это сбор информации в поле. Сплошное изучение значительных по площади территорий методами наземной съемки (тахеометрия, нивелирование и т.д.) требует огромных экономических и временных затрат. Необходимо заметить, что при наземных исследованиях трудно добиться синхронности, одновременности наблюдений на всех участках. Ко всему этому зачастую добавляется такой фактор как труднодоступность территории.
Этих недостатков лишены методы ДЗЗ. Одна из наиболее важных характеристик этих методов – возможность накапливать данные о большой области земной поверхности за короткий промежуток времени, получая практически моментальный снимок. Например, с помощью сканера на геостационарном метеорологическом спутнике Меteosat изображение примерно четверти поверхности Земли формируется менее чем за полчаса. Если этот аспект рассматривать в сочетании с тем фактом, что с помощью спутниковых систем можно получать данные в ситуациях, сложных для наземных исследований, когда они медленны, дороги, опасны, политически неудобны, то потенциальная мощь ДЗЗ становится еще более очевидной. Дополнительным преимуществом ДЗЗ является возможность систем выдавать калиброванные данные в цифровом виде, которые могут быть введены прямо в компьютер для обработки.
В современных условиях следующие характеристики определяют востребованность космических снимков (КС):
Объективность – каждый КС является документом, объективно отражающим состояние местности на момент съемки. Подделать КС практически невозможно, так как съемку ведут различные компании-операторы и попытки изменения данных могут быть легко обнаружены.
Актуальность – материалы космической съемки можно получить на различные даты, включая съемку на заказ, которая осуществляется, как правило, в течение нескольких недель.
Масштабность – современные приборы ДЗЗ позволяют одновременно снять значительные по площади территории с довольно высокой степенью детализации.
Экстерриториальность – участки съемки никак не привязаны к государственным и территориальным границам и для проведения съемки не требуется разрешение.
Доступность – в настоящее время данные ДЗЗ с пространственным разрешением 2 м и меньше являются открытыми и доступными. Процедура заказа и получения снимков достаточна проста.
