Российская сеть изучения и охраны пернатых хищников
Я хочу сообщить о встрече окольцованной птицы!
Пернатые хищники
Соколообразные
Совообразные
Изучение
Ключевые виды
Мониторинг
Фаунистика
Миграции
Кольцевание
Охрана
Платформинг
Нестбоксинг
Птицы и ЛЭП
ООПТ
Информация о сети
Устав и программа
Члены сети
Проекты
Мероприятия сети
Блоги
СМИ о нас
Библиотека
Журнал “RC”
Методики
Книги
Статьи
Отчёты и доклады
Презентации
Новости
События
Конференции
Прочие объявления
Из соцсетей
Для спонсоров
Горящие проекты
МЫ В СОЦСЕТЯХ
RRRCN RRRCN
Fatbirder's Top 1000 Birding Websites
НАШИ БАННЕРЫ
RRRCN RRRCN

ArcView GIS для экологов

3.1.2.3. Базовая информация по дистанционному зондированию

При изучении земной поверхности дистанционными методами носителем информации об объектах служит их излучение, как собственное, так и отраженное. Регистрируется либо естественное излучение, определяемое естественным освещением земной поверхности Солнцем, либо тепловое – собственное излучение Земли, либо искусственное, создаваемое при облучении местности источником, расположенным на носителе сенсора. Излучение (свет) представляет собой электромагнитные волны разной длины, спектр которых изменяется в диапазоне от гамма-излучения до радиоволн (рис. 283). В спектре электромагнитных волн за некоторыми участками (зонами) закреплены устоявшиеся названия: ультрафиолетовая область спектра – длина волн <0,4 мкм, видимая – 0,4-,08 мкм, инфракрасная – 0,8-1000 мкм (для съемки обычно используется диапазон до 14 мкм). В свою очередь эти зоны делятся на более узкие, границы и названия которых уже не так точны и достаточно специфичны. Видимую область спектра делят на цветовые зоны, поскольку глаз человека в ней способен определять цветовые различия. Видимая, ближняя и средняя инфракрасная (ИК) зоны спектра соответствуют отраженному солнечному излучению, дальняя ИК зона – эмиссионному излучению (собственному тепловому излучению Земли).

Рис. 283. Излучение
Рис. 283. Излучение.

Важной особенностью дистанционного зондирования является наличие между объектом и сенсором промежуточной среды, влияющей на излучение – это толща атмосферы, частично поглощающая или отражающая какую-то часть волнового диапазона. Волны определенной длины отражаются от верхних слоев атмосферы (рентген, жесткий ультрафиолет), а некоторые поглощаются газами и водяными парами в нижних слоях атмосферы. Это серьезно затрудняет использование волн определенной длины для изучения поверхности Земли. Тем не менее, в атмосфере есть несколько так называемых окон проницаемости, которые пропускают электромагнитные волны определенной длины (рис. 284), поэтому волны этих длин и выбираются для регистрации в сенсорах дистанционного зондирования.

Рис. 284. Электромагнитные волны
Рис. 284. Электромагнитные волны.

Если человек видит только в видимом диапазоне спектра, то сенсоры позволяют получать данные в более широком волновом диапазоне. Одномоментная фиксация всего видимого диапазона (0,4 – 0,7 мкм, в некоторых случаях до 0,9 мкм) отображается на панхроматических изображениях. Такие изображения содержат всего 1 канал, имеют черно-белое изображение и максимальное для сенсора пространственное разрешение. Фиксация отраженного излучения в разных участках спектра называется многозональной (мультиспектральной) съемкой, в которой каждый канал представляет собой изображение в узкой полосе спектра отраженного излучения. Уже в эпоху аналоговой фотографии, когда не было цифровых сенсоров, при помощи АФА начала производиться съемка на спектрозональную пленку в разных зонах волнового диапазона (использовались ближняя инфракрасная, Красная и Зелёная зоны спектра, которые идеально подходили для дешифрирования растительности). Такая съемка носит название спектрозональной. Позже, в эпоху цифровых технологий, когда появились цифровые сенсоры, съёмка стала осуществляться в узких участках спектра, изображения стали характеризоваться большим количеством каналов (стал возможным точный подбор каналов для получения необходимого результата). Такая съемка носит название гиперспектральной (рис. 285). Съемка в естественных цветах ведётся в трёх зонах спектра, изображение формируется в цветовой модели RGB, в которой красному каналу изображения соответствует красная зона спектра, зелёному – зелёная а синему – синяя (съемка подходит для дешифрирования районов с городской застройкой и мест, с минимальной вегетационной массой растительности, т.к. для анализа естественных ландшафтов требуется ИК диапазон). Съёмка в радиодиапазоне (диапазон длин волн 1мм – 10м, наиболее используемый диапазон 1мм-1м – это СВЧ или микроволны) – всепогодная съемка, возможна в любое время суток, т.к. на нее не влияют атмосферные характеристики и данные могут быть получены независимо от облачности и освещенности Солнцем. Пассивная радиолокация – микроволновая радиометрическая съёмка, основанная на регистрации микроволнового излучения объектов – т.н. радиояркостных температур (съемка позволяет осуществлять построение микроволновых радиометрических снимков, объекты на которых отображаются неодинаково, в соответствии с собственными излучательными свойствами; микроволновыми сенсорами являются радиометры SMMR на спутниках серии NIMBUS имеют). Активная радиолокация – микроволновая радиометрическая съёмка, ключевым элементом которой является радар, испускающий сигнал и принимающий его отражение. Существует 2 типа радаров: RAR – радар с реальной апертурой, разрешение изображения которого зависит от размера антенны, и SAR – радар с синтезированной апертурой.

Рис. 285. Волновой диапазон и каналы съемки
Рис. 285. Волновой диапазон и каналы съемки

В последнее время все более активно как в космосъемку, так и в аэросъемку внедряются методы активной радиолокации, а в аэросъемку (преимущественно с вертолетов) и методы лазерного сканирования, которое позволяет измерять дальности, получать массивы точек в зоне сканирования и, как следствие, данные о поверхности в трёхмерном пространстве для построения трёхмерных моделей местности.

В большинстве случаев результатами зондирования являются снимки, которые дают возможность получения информации об объектах в виде изображения (рис. 286).

Рис. 286. Разные данные дистанционного зондировании Земли, сделанные различными сенсорами
Рис. 286. Разные данные дистанционного зондировании Земли, сделанные различными сенсорами.

Основными характеристиками космосъемки являются следующие параметры:

Высота орбиты спутника. Выделяется три уровня орбитальных высот:

– 200–400 км – околоземные орбиты пилотируемых кораблей и космических станций, дающие возможность выполнения детальной съемки;

– 600–1400 км – орбиты ресурсных и метеорологических спутников, используемые для оперативной съемки среднего разрешения;

– 36000 км и выше – орбиты геостационарных спутников, используемые для постоянного наблюдения за определенным сектором Земли;

Наклон орбиты. По наклону, определяемому углом между плоскостью орбиты и плоскостью экватора, выделяют три типа орбит:

– экваториальные – угол наклона 0°;

– полярные и субполярные – угол наклона 90°;

– наклонные (например, орбиты пилотируемых кораблей) – угол наклона около 50°;

Период обращения – периодичность прохождения спутника над одной и той же точкой над поверхностью Земли. Различается на несколько суток у разных аппаратов: EROS – 1–2 суток, QUICKBIRD, IKONOS, OrbView – 1–5 суток, SPOT – 2–3 суток, Landsat-7 – 16 суток, RADARSAT – 24 суток, IRS – 25 суток. Орбиты с периодом обращения в 14–16 витков в сутки называются квазипериодическими и позволяют несколько раз в год получать повторные снимки одного и того же участка местности, а определенное суточное смещение трасс пролета обеспечивает широтное перекрытие снимков.

Положение относительно Солнца ­– определяется углом между плоскостью орбиты и направлением на Солнце. Большинство современных ресурсных спутников имеет солнечно-синхронизированные орбиты, у которых этот угол постоянный, что обеспечивает незначительность изменений освещенности Земной поверхности вдоль трассы пролета (местное солнечное время в момент прохождения спутника над заданной точкой Земли постоянно).

Съемочные системы спутников по технологии получения снимков делятся на фотографические, телевизионные, сканерные и радиолокационные:

Фотографические системы – электронные фотокамеры, обеспечивающие одномоментное получение всего кадра снимка в центральной проекции, характеризуются параметрами объективов (фокусное расстояние и размер кадра) и светофильтров. Формат кадра и фокусное расстояние определяют угол поля зрения камеры, с увеличением которого увеличивается территориальный охват съемки, но одновременно ухудшается качество изображения и равномерность его освещенности. На современных аппаратах фотопленка проходит фотохимическую обработку, преобразуется в электронные сигналы, которые передаются по радиоканалам на станции приема.

Телевизионные камеры – электронные телекамеры с электронно-лучевыми трубками, обеспечивающими постоянную передачу изображения на матрицу и передающими сигнал по каналам связи. В отличие от фотографических систем их изображения менее пригодны для измерений фототона, однако обеспечивают оперативный мониторинг.

Сканирующие системы регистрации данных – сканеры с датчиками, укомплектованными детекторами. Датчик – это устройство, собирающее отраженную от Земли солнечную энергию (электромагнитное излучение), преобразующий ее в электрический сигнал и передающий этот сигнал по каналам связи. Детектор – это устройство в системе датчика, регистрирующее электромагнитное излучение. Для каждого диапазона длин волн электромагнитного спектра в системе датчика находится один или несколько детекторов. Сканеры могут давать изображение в надире, т.е. фиксировать области на Земле, находящиеся непосредственно под детекторами сканера. Сканеры имеют уникальные аббревиатуры, полученные от названия аппарата и системы сканирования (например, Landsat-5 TM: первое название – название спутника, второе – сканирующей системы – тематический картограф).

Радиолокационные системы (радары) – радарные комплексы, включающие передатчик и антенну. Установленный на носителе передатчик испускает пучок микроволнового излучения, волны отражаются от поверхности и приемник получает обратно рассеиваемое излучение в направлении, строго перпендикулярном прямолинейной траектории движения носителя. Поскольку объекты местности имеют разные наклонные дальности от носителя, то отраженные сигналы поступают на приемник в разное время. Сигналы радара, в отличие от всех пассивных систем регистрации отраженного излучения, проникают через атмосферу в любую облачность и днем и ночью, в туман, снег и при сильном задымлении территории обеспечивают устойчивое изображение, а в ряде случаев могут проникать через земную поверхность, способствуя обнаружению неоднородности грунтов.

Основные характеристики получаемых изображений заключаются в пространственном, спектральном и радиометрическом разрешении (рис. 287).

Рис. 287. Разница в пространственном и радиометрическом разрешении разных снимков
Рис. 287. Разница в пространственном и радиометрическом разрешении разных снимков.

Термин «разрешение» широко употребляется для характеристики числа пикселей, которые можно отобразить на экране дисплея. В дистанционном зондировании (ДЗ) разрешение – это мера способности оптической системы различать сигналы, которые пространственно близки или спектрально подобны.

Спектральное разрешение – определяется характерными интервалами длин волн электромагнитного спектра (см. выше), к которым чувствителен датчик. Спектральное разрешение соответствует числу и размеру зон съемки и зависит от параметров съемочной системы. Зона может быть широкой, как одна зона панхроматического изображения (0,4-0,7 мкм), либо достаточно узкой, как красная зона Landsat TM (0,63-0,69 мкм). Чем шире зона электромагнитного спектра, тем ниже спектральное разрешение. Четкое выделение спектральных зон повышает вероятность того, что интересующий объект будет идентифицирован на поверхности.

Пространственное разрешение – определяется линейным размером области на земной поверхности, представляемой каждым пикселем. Это минимальная угловая или линейная величина объекта местности, зафиксированная пикселем на изображении. Чем выше разрешение, тем меньше числовое значение размера пикселя. Различают снимки низкого, среднего и высокого разрешения, размер пикселей в которых измеряется километрами, сотнями и десятками метров соответственно. Для космоснимков самый низкий порог низкого разрешения – 1 пиксель=1 км, среднего разрешения – 1 пиксель=10 м, высокого разрешения – 1 пиксель=10 см.

Радиометрическое разрешение – число возможных кодированных значений спектральной яркости в файле данных для каждой зоны спектра, исчисляемое в битах. Радиометрическое разрешение определяется чувствительностью детектора к различиям в значениях спектральной плотности энергетической яркости отраженного от поверхности сигнала и фиксируется набором четко дифференцированных уровней квантования битового динамического диапазона. Говоря простым языком, радиометрическая разрешающая способность определяется количеством градаций значений цвета, соответствующих переходу от яркости абсолютно «черного» к абсолютно «белому», и выражается в количестве бит на пиксель изображения. Это означает, что в случае радиометрического разрешения 6 бит на пиксель мы имеем всего 64 градации цвета (26 = 64); в случае 8 бит на пиксель – 256 градаций (28 = 256), 11 бит на пиксель – 2048 градаций (211 = 2048). В настоящее время, как правило, сенсоры, установленные на спутниках ДЗЗ, имеют радиометрическое разрешение не хуже 8 бит/пиксель. Есть сенсоры и с более высоким радиометрическим разрешением (11 бит/пиксель для IKONOS, QuickBird, OrbView-3 и 16 бит/пиксель для CORONA), позволяющим различать больше деталей на очень ярких или очень темных областях снимка.

Фиксируемые характеристики излучения объекта зависят от пространственного положения, свойств и состояния объекта, что и способствует его дистанционной идентификации. При падении на объект солнечных лучей, волны некоторой длины поглощаются химическими связями, а остальные отражаются обратно в направлении сенсора. Т.е. фактически информацию относительно изображенной зоны обеспечивают те волны, которые не возвращаются к сенсору. Отраженное излучение характеризует отражательную способность объекта, представляемую значениями спектральной плотности энергетической яркости (мВт/см2 ср мкм), которая измеряется дистанционными датчиками. Получаемые в результате значения переводятся в дискретные безразмерные цифровые, соответствующие характеристикам отражательной способности и называются спектральной яркостью. Записанные посредством регистрирующего устройства цифровые значения изменяются в пределах радиометрического битового диапазона, ширина которого зависит от характеристик датчика. Обычно этот интервал составляет от 0 до 255 (см. выше). Изучение характеристик отражательной способности, дает теоретическую основу для интерпретации объектов (дешифровки) по набору их спектральных яркостей или их отношениям. Все многообразие объектов в ландшафте можно условно разделить на 4 класса, каждый из которых отличается своеобразной кривой спектральной яркости (рис. 288):

Рис. 288. Кривые спектральной яркости
Рис. 288. Кривые спектральной яркости

1 класс – снежные поверхности и близкие к ним облака – обладает наиболее высокими значениями спектральной яркости с небольшими снижениями в ближней ИК зоне. Снижение значений резко увеличивается при насыщении снега водой.

2 класс – водные поверхности – характеризуется монотонным уменьшением отражательной способности от сине-фиолетовой к красной зоне спектра, поскольку с увеличением длины волн они сильнее поглощаются водой.

3 класс – растительный покров – отличается высокой отражательной способности в зеленой, минимумом в синей и красной и резким увеличением отражения в ближней ИК зонах. Такое положение связано с отражением зеленых и поглощением синих и красных лучей хлорофиллом, а большое отражательной значение в ИК зоне объясняется пропускание ИК лучей хлорофиллом и отражением их внутренними тканями листьев.

4 класс – горные породы и почвы – характеризуется увеличением спектральных яркостей по мере приближения к красной зоне спектра.

Учитывая отражательные способности объектов, можно выделить специфические области применения разных каналов изображений (рис. 289).

Рис. 289. Специфические области применения снимков в определенной зоне электромагнитного спектра
Рис. 289. Специфические области применения снимков в определенной зоне электромагнитного спектра

Видимая зона электромагнитного спектра:

Синяя зона находит применение при картографировании береговых линий водоемов, дифференциации почв и растительности, выделения антропогенных объектов.

Зеленая зона соответствует зеленому цвету здоровой растительности, используется для картографирования водоемов.

Красная зона является одной из наиболее важных зон, для выделения растительности. Используется для определения типов почв, геологических пород и антропогенных объектов.

Ближняя ИК зона (обычно с некоторым перекрытием с красной зоной) в диапазоне 0,76-0,8 мкм характеризует объем растительной биомассы и используется для оценки урожая зерновых, выделения границ почва/сельхозкультура или суша/вода. Другая часть зоны, более близкая к среднему ИК диапазону (0,8-0,9 до 1,1 мкм) используется для исследования растительного покрова при наличии тумана и дымки.

Средняя ИК зона в диапазоне 1,55-1,74 мкм восприимчива к количеству влаги в растениях, что важно при изучении засухи, либо при анализе жизнеспособности растений, выделения сухостоев в лесах. Это одна из немногих зон, которую используют для исследования характера облачности, снега и льда. Другая часть средней ИК зоны в диапазоне 2,08-2,35 мкм применима для дифференциации типов геологических разломов, а также определения содержании влаги в почвах и растительности.

Тепловая ИК зона обычно в диапазонее 10,04-12,35 используется для регистрации температурных различий объектов съемки, растительности пораженной болезнями, выявления геотермальных источников либо термального загрязнения, исследования влажности почв. В ряде случаев для выделения участков снежного и ледового покрова и выявления вялотекущих очагов возгорания (например, торфяных пожаров) используется близкий к среднему ИК тепловой диапазон 3,55-3,93 мкм.

Микроволновая зона в диапазоне 1 мм – 1 м позволяет фиксировать структуру поверхности, а цифровые значения соответствуют разности высот поверхности, что позволяет идентифицировать на изображениях особенности рельефа и микрорельефа, либо структуры объектов (на снимках высокого разрешения) – крон деревьев, травы и т.п. По изображениям в такой зоне изучают загрязнение и структуру поверхностных вод океанов, морей, озер и других водных объектов, а также структуру их дна, поскольку поверхностные вихри, зыбь и волны во многом зависят от рельефа дна.

Комбинирование характеристик радарных данных со снимками в видимой и ИК зонах спектра обеспечивают более полную картину земной поверхности, что существенно расширяет сферу применения таких данных.

Снимок в определенной спектральной зоне представляет собой черно-белое изображение. Для отображения многозональных снимков используются различные комбинации зон, позволяющие создавать цветные изображения, подчеркивающие те, или иные особенности объекта (рис. 290). Поскольку такие изображения предназначены для визуализации данных на экране монитора, используется модель RGB, в которой комбинации строится с использованием трех зон, порядок которых следующий: 1 канал (band) – красная зона, 2 канал – зеленая зона, 3 канал – синяя зона (RGB – Red, Green, Blue). Данный процесс называется синтезированием.

Для отображения необходимых характеристик изображения обычно используются следующие 3 стандартных комбинации зон:

1. Красная, зеленая, синяя – создают композицию истинного (естественного) цвета, т.е. такого, который воспринимается глазом человека.

2. Ближняя ИК, красная и зеленая – создают композицию ложного (инфракрасного) цвета: растительностьвыглядит красной, вода – темно-синей и т.д.

3. Средняя ИК, ближняя ИК и зеленая — создают композицию псевдоцвета в которой цвет всех объектов не соответствует естественному: дороги – красные, вода – желтая, растительность – синяя, тем не менее данная композиция хорошо подчеркивает различия объектов, что удобно для визуального дешифрирования снимка.

Для выявления или усиления тех или иных характеристик объектов при исследовании земной поверхности могут быть использованы различные сочетания исходных зон (цветовые схемы), определяемые задачей дешифрирования (подробнее см. главу 3.1.2.4.4.1. Интерпретация комбинаций каналов данных Landsat TM / ETM+ ).

Рис. 290. Синтез многозональных изображений
Рис. 290. Синтез многозональных изображений.

 

Содержание

 

 

Страниц: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55

Наверх

Пернатые хищники и их охрана
Форум сети
Фотоальбом
Видеотека
  • Login

  • Войти через loginza

    30.11.2016

    Международная конференция по сохранению птиц в Венгрии

    Международная конференция по охране птиц в Венгрии

    Международная конференция по сохранению птиц, организованная Венгерской национальной сетевой компанией MAVIR , в сотрудничестве с Обществом охраны птиц Венгрии (MME/Birdlife) и Институтом Германа Отто, прошла в Венгрии 7-8 ноября 2016.

    29.11.2016

    Прослеживание балобанов, помеченных передатчиками, подтверждает, что браконьерство наносит основной урон популяциям соколов

    DSC_7919-

    Из 10 балобанов (6 самок и 4 самцов), помеченных передатчиками в Алтае-Саянском регионе в 2016 г. после сезона браконьерского лова соколов продолжило миграцию лишь 4 сокола (3 самца и 1 самка).

    Все новости

    Flora Hoser on the conference. Photo by Márton Horváth

    Презентации докладов Международной конференции по сохранению птиц в Венгрии

    Презентации докладов Международной конференции по сохранению птиц в Венгрии, проходившей 7-8 ноября 2016 г.

    Эльвира Николенко на конференции «Сохранение биоразнообразия в Южной Сибири»

    Презентации докладов конференции «Сохранение биоразнообразия в Южной Сибири»

    Презентации докладов конференции «Сохранение биоразнообразия в Южной Сибири», проходившей в г. Новосибирск (Россия) 4–6 ноября 2016 г.

    Все публикации