ДИСТАНЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
Научные интересы: дистанционное зондирование, экосистемы, тундра Биология, география и другие науки о Земле широко используют дешифрирование и интерпретацию аэро- и космоснимков как эффективное средство получения разносторонней информации о земной поверхности с начала XX в. В 1904 г. были проведены первые работы по использованию фотографий, полученных с воздушных шаров. Затем до середины XX в. дистанционные методы использовали в основном для военных целей и создания топографических карт. Имеются отдельные примеры работ изучения растительности, преимущественно в лесном хозяйстве и труднодоступных районах. С 50-х годов начинается широкое использование материалов космосъемки и нефотографических изображений для решения задач исследования состояния растительности и почв. Будет правомерно сказать, что в первой половине XX в. были сформулированы теоретические основы дистанционного изучения Земли, и с тех пор важнейшие результаты в этой области до-стигнуты в развитии аппаратных средств получения изображений и методов обработки данных. Выбор материалов дистанционного зондирования (ДЗ) земной поверхности, предоставляемых в настоящее время, достаточно обширен и разнообразен по характеристикам. Изменения в области технологии космосъемки происходят довольно быстро, и в настоящее время на орбите находятся несколько десятков отечественных и иностранных спутников, информация с которых доступна для открытого научного и коммерческого использования [1]. Бурное развитие техники привело к значительному улучшению качества снимков, появлению на рынке материалов с высоким и очень высоким пространственным разрешением, достигающим десятков сантиметров, созданию цифровых средств дистанционного зондирования, лазерных, радарных, многозональных и гиперспектральных сенсоров со специфическими свойствами. Перспективность рынка данных ДЗ и наличие неудовлетворенного спроса на данные высокого качества обуславливают реальность проектов появления новых коммерческих спутниковых систем с разрешением 1 м и выше к 2005 году, сопровождающееся снижением цен на появляющиеся сейчас и архивные данные. Наиболее приемлемыми для проведения дистанционных исследований в настоящее время можно считать детальную черно-белую и цветную аэрофотосъемку с высоты несколько сотен метров с пространственным разрешением выше одного метра, производимую отечественными организациями, такими как государственный центр "Природа", НПО "Аэрогеодезия", подразделения ряда геодезических институтов; а также данные космических средств детального наблюдения, полученные с высот порядка сотен километров и разрешением 10-50 м, основным достоинством которых является отсутствие ведомственных и режимных ограничений на распространение, большой охват территории и доступность. Наряду с развитием средств получения данных дистанционного зондирования, не менее бурно развивались и технические средства обработки этих данных. С 70-х годов появились и постепенно стали приходить на смену оптико-механическим устройствам (интепретоскопам, стерескопам, компараторам, параллаксометрам, другим средствам неавтоматической обработки) программно-аппаратные комплексы для цифровой обработки изображений. Это сопровождалось удешевлением стоимости работ за счет возможности оперативной доставки данных с орбиты по радиоканалам, посредством систем принимающих станций, повышению гибкости средств обработки и переходу от визуальных средств дешифрирования к полуавтоматическим и автоматическим. Одной из наиболее интересных особенностей стало стирание резких границ между возможностями специализированных графических станций и недорогих персональных компьютеров, в результате чего плодотворная работа с данными дистанционного зондирования стала возможна не только для специализированных организаций и подразделений, а практически для любого пользователя. От последнего требуется только заинтересованность в получении конкретной информации о состоянии земного покрова на площади нескольких квадратных километров, так как при этом условии использование дистанционных методов является наиболее эффективным. В целом, что касается эффективности теоретических методов обработки данных, то здесь развитие технологий проявляется в адаптации алгоритмов классификации, обработки сигналов и распознавания образов ко вновь получаемым данным, с одной стороны, и появляющимися в процессе научно-практической деятельности вопросами, с другой. Здесь, к сожалению, а может быть и к счастью, ярко выделяется прикладная сторона методов дистанционного зондирования, когда методика и средства обработки черпаются в основном из областей математики, а критерием научности проведенных исследований, наряду с воспроизводимостью и строгостью изложения, является способность точно оценить состояние земного покрова в соответствии с представлением предметных специалистов. Работы с применением методов дистанционного изучения состояния растительного покрова тундровых экосистем лаборатория экологии тундры, а теперь – отдел экосистемного анализа и ГИС-технологий ведет с 1995 г. На первых этапах обработку данных производили зарубежные коллеги, а затем мы полностью перешли на самостоятельную обработку материалов ДЗ. За истекший 5-летний период в отделе интенсивно проводили работы с использованием аэрофотосъемки и многозональных спутниковых данных. Вопросы интерпретации средне- и крупномасштабной аэрофотосъемки подробно рассмотрены в литературе [2]. Подобные визуальные подходы использовали как в нашем, так и в других подразделениях Института биологии до 1995 г., используют и сегодня. Если говорить об используемых многозональных цифровых материалах, то большую часть подобных работ проводили с данными спутников Landsat TM5 и Landsat-7. Это в значительной степени связано с ценовой политикой американских организаций, по сравнению с позицией Франции и Канады, в результате чего данные спутника Landsat TM 7 с пространственным разрешением 30 м в многозональных и 15 м в панхроматическом каналах имеют цену менее 500 долларов за сцену 183ґ183 км, что делает их одними из наиболее выгодных по соотношению: цена/качество и наиболее доступных для российских ученых. Подобный подход сопровождается снижением цен на архивные данные предыдущих спутников серии Landsat MSS, полученные до 1984 г., с 4000 долларов до 200, что в перспективе предоставляет уникальные возможности по анализу динамики растительности за последние 25 лет. За прошедшее время нами были рассмотрены многие аспекты обработки этих данных. Первым этапом было освоение способов визуализации этих данных, так как из имеющихся в снимке семи каналов можно одновременно увидеть лишь три. Для этой цели были исследованы десятки повсеместно используемых и подтвердивших свою эффективность индексов – специальных, относительно несложных преобразований спектральных каналов (NDVI, PVI, главные компоненты и др.), в результате которых получаются цифровыми изображения и коэффициенты, сопряженные с характеристиками наземных экосистем. Так, коэффициенты корреляции между содержанием хлорофилла на единицу поверхности, доли открытой водной поверхности с соответствующими индексами при этом достигают 0.5-0.8. Подобным образом нами была дана оценка ряда методов полуавтоматической классификации изображений, результатом которых является рабочий вариант карты распределения различных типов растительного покрова в пределах модельных районов. Именно в этом направлении сейчас и сосредоточены основные работы группы дистанционного изучения земной поверхности и здесь в ближайшее время мы ожидаем серьезного продвижения вперед. К настоящему времени сотрудники отдела совместно с голландскими специалистами разработали рабочий вариант типологии растительного покрова на территории припечорских тундр. ЛИТЕРАТУРА 1. Аковецкий В.И. Дешифрирование снимков. М.: Недра, 1983. 374 с. 2. Нормативно-правовая база, программно-аппаратное обеспечение, пространственные данные и услуги на рынке геоинформатики России: Еже-- год. обзор. М.: ГИС-Ассоциация, 2000. Вып. 5 (1999). 156 с.
Логотип -
Начало -
Общие
сведения -
Структура -
Научная деятельность 3592 посещений с 31.12.2001 |