Лекция.pdf

Размер файла: 2.49 мб

Скачать

История развития методов дистанционного
зондирования

Понятие дистанционного зондирования появилось в XIX веке вслед за
изобретением фотографии, а одной из первых областей, в которых стали
применять этот метод, стала астрономия. Впоследствии, дистанционное
зондирование начали использовать в военной области для сбора информации о противнике и принятия стратегических решений. Во время Гражданской войны в США фотоснимки, полученные с помощью неуправляемых
летательных аппаратов, служили для наблюдения за перемещением войск,
подвозом припасов, ходом фортификационных работ и для оценки эффекта артиллерийских обстрелов. В результате исследований, которые финансировались различными государствами, были разработаны технологии,
позволившие создать сенсоры сначала для военных целей, а затем и для
гражданского применения этого метода. После Второй мировой войны метод дистанционного зондирования стали использовать для наблюдения за
окружающей средой и оценки развития территорий, а также в гражданской картографии. В 60-х годах XX века, с появлением космических ракет
и спутников, дистанционное зондирование вышло в космос.
Новая эра дистанционного зондирования связана с пилотируемыми
космическими полетами, разведывательными, метеорологическими и ресурсными спутниками.
1.3. История развития методов дистанционного зондированияВозможности ДЗ в военной области значительно возросли после
1960 года в результате запуска разведывательных спутников в рамках программ CORONA, ARGON и LANYARD, целью которых было получение
фотоснимков с низких орбит. Вскоре были получены стереопары снимков
с разрешением 2 метра. Первые спутники работали на орбите от семи до
восьми дней, но уже следующие поколения этих аппаратов были способны
поставлять данные в течение нескольких месяцев.
В результате осуществления программ пилотируемых полетов, которые были начаты в США в 1961 году, человек впервые высадился на поверхность Луны (1969 г.). Следует отметить программу Mercury, в рамках
которой были получены снимки Земли, систематический сбор данных
дистанционного зондирования во время проекта Gemini (1965—1966 гг.),
программу Apollo (1968—1975 гг.), в ходе которой велось дистанционное
зондирование земной поверхности (ДЗЗ) и состоялась высадка человека
на Луну, запуск космической станции Skylab (1973—1974 гг.), на которой проводились исследования земных ресурсов, полеты космических
кораблей многоразового использования, которые начались в 1981 году,
а также получение многозональных снимков с разрешением 100 метров
в видимом и близком инфракрасном диапазоне с использованием девяти
спектральных каналов.
В Советском Союзе, а затем в России космические программы развивались параллельно космическим программам США. Полет Юрия Гагарина 12 апреля 1961 года, ставший первым полетом человека в космос,
запуски космических кораблей «Восток» (1961—1963 гг.), «Восход» (1964—
1965 гг.) и «Союз», работа на орбите космических станций «Салют» (впервые 19 апреля 1971 года), — это лишь небольшая часть того, что следовало
бы упомянуть в этой книге.
Первый метеорологический спутник был запущен в США 1 апреля
1960 года. Он использовался для прогноза погоды, наблюдения за перемещением циклонов и других подобных задач. Первым среди спутников,
которые применялись для регулярной съемки больших участков земной
поверхности, стал TIROS-1 {Television and Infrared Observation Satellite).Первый специализированный спутник был запущен в 1972 году. Он назывался ERTS-1 (Earth Resources Technology Satellite) и использовался, в основном, для целей сельского хозяйства. В настоящее время спутники этой серии
носят название Landsat. Они предназначены для регулярной многозональной съемки территорий со средним разрешением. Позже, в 1978 году, был
запущен первый спутник со сканирующей системой SEASAT, но он передавал данные всего три месяца. Первый французский спутник серии SPOT,
с помощью которого можно было получать стереопары снимков, был выведен на орбиту в 1985 году. Запуск первого индийского спутника дистанционного зондирования, названного IRS (Indian Remote Sensing), состоялся
в 1988 году. Япония также вывела на орбиту свои спутники JERS и MOS.
Начиная с 1975 года, Китай периодически запускал собственные спутники,
но полученные ими данные до сих пор находятся в закрытом доступе. Европейский космический консорциум вывел на орбиту свои радарные спу
ERS в 1991 и 1995 годах, а Канада — спутник RADARSAT в 1995 году.

Этапы дистанционного зондирования и анализа
данных

Дистанционное зондирование можно рассматривать как составную часть
информационной системы. Во многих областях данные ДЗ являются
ключевым компонентом в процессе принятия решений. Простая замкнутая схема такого процесса без обратных связей показана на рис. 1.4. Начальная точка, которая одновременно является и конечной точкой всего
процесса, — информационные запросы групп специалистов. По существу, потребитель, а точнее, его нужды — это самое главное звено любой
системы управления информацией. На схеме представлены различные
дисциплины, связанные с Землей и ее ресурсами. Глобус на заднем плане символизирует глобальный масштаб такой системы. Информационные
запросы логически связаны с требованиями заказчиков и потребителей
продукции к материалам ДЗ.
Оптимальный способ использования данных наблюдения поверхности
Земли со спутников заключается в том, чтобы анализировать их совместно
с информацией из других источников, — в этом случае они становятся необходимой составляющей процесса принятия решений и моделирования
в любой предметной области. Еще один важный принцип дистанционного
зондирования — многокомпонентность — реализуется в виде различных
методов съемки и анализа данных.

Стереосъемка. Получение снимков с перекрытием из нескольких последовательных точек орбиты позволяет получить более точное представление
о трехмерных объектах и повысить отношение сигнал/шум.Многозональная съемка. Использование многозональных снимков основано на уникальности тоновых характеристик различных объектов. Объединение яркостных данных из снимков в различных спектральных диапазонах позволяет безошибочно выделять определенные пространственные структуры.Многовременная съемка. Плановая съемка в заранее определенные даты
позволяет выполнять сравнительный анализ снимков тех объектов, характеристики которых изменяются во времени.Многоуровневая съемка. Съемку с различными уровнями дискретизации
используют для получения все более подробной информации об изучаемой
территории. Как правило, весь процесс сбора данных подразделяют на три
уровня: космическая съемка, аэросъемка и наземные исследования.Многополяризационная съемка. Снимки, полученные этим методом, используют для проведения границ между объектами на основе различий
в поляризационных свойствах отраженного излучения. Так, например, отраженное излучение от водной поверхности обычно более сильно поляризовано, чем отраженное излучение от растительного покрова.Комбинированный метод. Заключается в использовании многовременной, многозональной и многополяризационной съемки.Междисциплинарный анализ. Обработку и дешифрирование данных выполняют несколько человек, специализирующихся в разных предметных
областях. Это позволяет получить более полную и достоверную информацию о состоянии природных ресурсов. Результаты такого анализа обычно
представляют в виде набора тематических карт.

Подавляющее большинство данных дистанционного зондирования
имеет географическую привязку. Поскольку такие данные изучают, как
правило, во взаимосвязи друг с другом, для каждодневной работы и принятия решений необходимо иметь эффективное средство манипулирования
данными. Таким автоматизированным средством является географическая
информационная система — инструмент единого подхода к управлению
и обработке пространственной информации, включая и материалы дистанционного зондирования.

Преимущества и недостатки данных дистанционного
зондирования

Данные спутниковой съемки содержат полезную информацию, полученную в различных спектральных диапазонах, и, кроме того, 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 ДЗ является возможность получения снимков разного разрешения, что позволяет применять данные ДЗ для решения различных задач в разных предметных областях. Поскольку анализ материалов ДЗ
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. Цветные изображения,
формируемые на основе данных ДЗ в трех спектральных каналах, несут
больше информации, чем отдельные наземные или аэрофотоснимки,
а стереопары снимков дают возможность проводить трехмерный анализ
пространственных объектов. И, наконец, цифровой формат материалов
ДЗ и использование компьютеров для их обработки и анализа обеспечивают быстрое получение результатов.
Помимо преимуществ у данных дистанционного зондирования есть,
конечно же, и недостатки. Для их обработки и анализа требуются очень
высокая квалификация и большой практический опыт. Использование
таких данных становится экономически неэффективным при единичных
исследованиях небольших территорий. Космические снимки нельзя использовать для создания планов в инженерных целях. Программное обеспечение, которое применяется для обработки цифровых снимков, также
имеет высокую стоимость. Кроме того, если результаты дешифрирования
материалов ДЗ не подтверждены полевыми исследованиями, к ним надо
относиться с большой осторожностью.