Современная цифровая фотограмметрия и дистанционное зондирование

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. СОВРЕМЕННАЯ ЦИФРОВАЯ ФОТОГРАММЕТРИЯ И ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ

1.1 Введение в дистанционные зондирование

1.2 Развитие цифровой фотограмметрии в СССР и России

2. ПРИМЕНЕНИЕ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

2.1 Применение дистанционного зондирования при создании почвенных карт

2.2 Применение дистанционного зондирования в инвентаризации земель

2.3 Применение дистанционного зондирования в кадастре недвижимости

2.4 Применение дистанционного зондирования при составлении тематических карт и планов

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. СОВРЕМЕННАЯ ЦИФРОВАЯ ФОТОГРАММЕТРИЯ И ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ

1.1 Введение в дистанционные зондирование

Дистанционное зондирование (ДЗ) можно представить как процесс, посредством которого собирается информация об объекте, территории или явлении без непосредственного контакта с ним. Методы ДЗ основаны на регистрации в аналоговой или цифровой форме отраженного или собственного электромагнитного излучения участков поверхности в широком спектральном диапазоне. Космическое зондирование, интенсивно развивающиеся в последние десятилетия, предоставило наукам о Земле новые возможности для исследования земной поверхности. За этот период существенно возросли объем, разнообразие и качество материалов ДЗ. К настоящему времени накоплен огромный фонд (более 100 миллионов) аэрокосмических снимков, полностью покрывающих всю поверхность Земли, а для значительной части районов с многократным перекрытием.

Часть данных ДЗ (ДДЗ) сразу поступает в цифровом виде, что позволяет непосредственно использовать для их обработки современные компьютерные технологии. Снимки на фотоносителях могут быть преобразованы в цифровую растровую форму представления с помощью специальных сканирующих устройств (сканеров). Цифровое изображение в форме растра представляет из себя матрицу чисел. Каждый элемент этой матрицы, называемый пикселом, отвечает какой-либо характеристике (отражательной способности, температуре и т.д.) участка местности в определенной зоне электромагнитного спектра. Следует отметить, что размер этого участка зависит от разрешения снимка. Данные многозональной съемки в цифровом виде можно рассматривать как многомерную матрицу, в этом случае каждому участку поверхности будет соответствовать целый набор значений, называемый вектором характеристик. Следует отметить, что основные методы тематической обработки ДДЗ, специфичные для многозональной съемки, основаны на операциях с многомерными матрицами.

Системы для обработки ДДЗ появились фактически в результате дальнейшего качественного развития программных средств, предназначенных для цифровой обработки изображений общего назначения (графических редакторов) таких, как PhotoStyler, PhotoShop и т.п. Оба класса систем имеют много общего: работают с растровой моделью данных, используют базирующиеся на аналогичном математическом аппарате методы обработки изображений. Однако следует отметить ряд существенных отличий, связанных со спецификой данных зондирования:

ДДЗ - это файлы весьма большого объема, для эффективной работы с которыми, необходимы специальные средства, в том числе особые форматы данных.

ДДЗ - это многомерные данные, число и параметры спектральных зон съемки которых не позволяют трактовать их как RGB изображения, кроме того, могут использоваться еще и другие координаты измерения (например, время).

ДДЗ нуждаются в предварительной геометрической, радиометрической и радиационной коррекции.

ДДЗ - это пространственная информация, имеющая, как правило, координатную привязку.

Возможность быстрого перехода от предварительной обработки и тематического дешифрирования к выполнению операций моделирования и пространственного анализа средствами геоинформационных систем (интеграция в ГИС).

Цифровую обработку ДДЗ можно разделить на следующие основные (типовые) группы операций:

· восстановление или коррекция.

· предварительная обработка.

· классификация.

· преобразование изображений.

· специализированная тематическая обработка.

1.2 Развитие цифровой фотограмметрии в СССР и России

В последней четверти 20 века произошел качественный рывок в развитии электронно-вычислительной техники. В 1970 году создана технология получения цифровых снимков, появились довольно дешевые быстродействующие ПЭВМ с большим объемом памяти, обеспеченные качественным периферийным оборудованием (графопостроители, сканеры, принтеры и т.д.). Интенсивно разрабатывалось программное обеспечение, среди которого следует отметить и специализированные фотограмметрические пакеты. Все это привело к тому, что традиционные технологии составления карт по снимкам стали вытесняться, а

на их смену приходят цифровые методы. Первая цифровая фотограмметрическая система INPHO для персонального компьютера была создана в 1980 году. Вторая волна разработок приходится на начало 1990-х годов прошлого века. Положительные результаты достигнуты и в нашей стране. Среди разработок следует отметить отечественные программные продукты PHOTOMOD, Талку и ЦФС. Первая российская ЦФС PHOTOMOD была создана в 1994 году. Третья волна создания ЦФС приходится на начало 2000-х годов. Как правило, разработками ЦФС занимались небольшие научные коллективы, со временем основавшие собственные компании. К настоящему времени небольшие компании разработчиков многих ЦФС куплены крупными компаниями геоинформационного рынка. Появились спутниковые методы позиционирования, что обеспечило аэронавигацию и получение координат точек фотографирования с высокой точностью. Это существенно сокращает объем полевых работ по геопривязке аэрофотоснимков. Но успешное совершенствование фотограмметрических технологий возможно лишь на базе совместного использования материалов фотосъемки, спутниковой геодезии и автоматизированных систем обработки информации. фотограмметрия дистанционный зондирование почвенный

Геодезическое обеспечение фотограмметрических работ тесно связано с использованием единых систем координат. В Российской Федерации постановлением Правительства Российской Федерации от 28 июля 2000 года № 568 установлены две единые государственные системы координат:

- система геодезических координат 1995 года (СК-95) для использования

при осуществлении геодезических и картографических работ, начиная с 1 июля 2002 года;

- геоцентрическая система координат «Параметры Земли 1990 года» (ПЗ-90) - для использования в целях геодезического обеспечения орбитальных полетов и решения навигационных задач.

2. ПРИМЕНЕНИЕ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

2.1 Применение дистанционного зондирования при создании почвенных карт

Почвенные карты являются одним из важнейших источников информации для рационального использования земельных ресурсов. Они используются при осуществлении работ по кадастровой оценке земель сельскохозяйственного назначения, при проведении мелиоративных, агротехнических мероприятий. Велико значение почвенных карт для землеустроительных работ, направленных на уменьшение и предотвращение деградации земель.

При создании и обновлении почвенных карт целесообразно использование данных дистанционного зондирования. На сегодняшний день, дистанционное зондирование бурно развивается во многих странах мира. Современное решение многих хозяйственных проблем уже нельзя представить без применения материалов аэро- и космического зондирования.

При изучении почв важнейшей характеристикой является степень эродированности местности, что во многом определяет дальнейшее использование изучаемых земель.

Эрозионные процессы и явления оказывают сильное влияние на оптические свойства почв. Это обусловлено тем, что эрозия почв приводит к снижению содержания в них темноокрашенных частичек гумуса и глинистых фракций гранулометрического состава, что, в свою очередь, приводит к осветлению, увеличению яркости почвенного материала. К тому же, это явление усиливается в результате выхода на поверхность более светлых переходных горизонтов и породы вследствие смыва верхних горизонтов почв. Это касается и тех почв, верхние горизонты которых изначально являются более тёмными по сравнению с породой. Отсюда, почвы разной степени смытости имеют разные оптические характеристики. В соответствии со степенью эродированности цветовые характеристика отображаемых процессов подразделяются на 3 категории:

1 Слабая (Слабо-осветленная)

2 Средняя (Осветленная)

3 Сильная (Светлая)

Градация цветовых характеристик почв в зависимости от степени смытости позволила разработать методы картографирования эродированных почв на основе материалов дистанционного зондирования. Эти методы, как правило, включают в себя три этапа:

1. выделение на аэро- или космических снимках почв с разными оптическими характеристиками;

2. математическая формализация связи между степенью эродированности почв и их спектральными характеристиками;

3. определение степени эродированности выделенных ареалов по модели связи между эродированностью почв и их спектральными характеристиками.

Реализация такого подхода позволила получить разнообразные карты эродированных почв.

Динамику эрозионных процессов почв можно выявлять и изучать на основе использования равноценных аэро- и космических снимков, сделанных на одну территорию в разные периоды времени.

При анализе и картографировании интенсивности эродированности почв используют равноценные разновременные аэро- или космичесие снимки изучаемой территории.

Возможность производить дистанционную диагностику эрозионных форм разных стадий развития позволяет оперативно оценивать эродированность и эрозионную опасность земель, степень интенсивности проявлений эрозии, отслеживать и прогнозировать количественные и качественные изменения почвенного покрова.

Следует отметить, большим преимуществом дистанционных методов является то, что они позволяют делать выше упомянутые работы на больших территориях, с высокой точностью и без существенных финансовых затрат.

2.2 Применение дистанционного зондирования в инвентаризации земель

Сельское хозяйство одна из наиболее перспективных сфер для использования данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), в том числе в целях повышения интенсификации животноводческого и особенно растениеводческого производства.

Для проведения учета, инвентаризации и классификации сельхозугодий необходимы специальные крупномасштабные сельскохозяйственные планы и карты. В СССР и РФ крупномасштабная сельскохозяйственная (или земельная) съемка системно в общегосударственном масштабе никогда не проводилась. Имеющиеся в наличии разнородные планы и карты сельхозугодий отдельных районов и хозяйств безнадежно устарели, так как создавались еще в советские времена. Кроме того, они зачастую примитивны по содержанию (показаны только границы угодий), не отнесены к единой системе координат, используют искаженную (в соответствии с действовавшими инструкциями по соблюдению секретности) топооснову. Происходившие в стране в начале 1990-х годов перестроечные процессы затронули и аграрный сектор. Многие земли были выведены из оборота и заброшены. За прошедшие годы часть из них пришла практически в негодность с точки зрения возможности сельскохозяйственного использования (например, заросли лесом). Естественно, что эти явления на старых планах и картах не отражены, поэтому, пользуясь ими, предполагаемый инвестор даже приблизительно не может подсчитать площади потенциальных сельхозугодий.

Из сказанного следует, что первоочередными задачами, которые необходимо решить с помощью данных ДЗЗ в аграрном секторе экономики России, являются инвентаризация сельхозугодий и создание специальных тематических карт. Сельхозугодья, а также брошенные, засоренные, зарастающие (в том числе лесной растительностью) земли хорошо дешифрируются по текстуре изображения. Наличие большого массива архивных снимков также может оказать существенную помощь. Например, если сравнить снимки Landsat 1990-х годов с современными, то несложно выявить земли, пришедшие в негодность и требующие значительных финансовых вложений для возвращения в оборот.

2.3 Применение дистанционного зондирования в кадастре недвижимости

Очевидно, что базовым программным обеспечением информационных систем земельного кадастра являются ГИС. Одной из важнейших компонент геоинформационной системы являются данные. По подсчетам разных специалистов, от 60 до 90 процентов времени и средств при реализации ГИС- проектов уходит на создание базы данных (БД). Кроме того, если говорить о кадастровых БД, то здесь присутствуют еще два момента.

· По оценкам российских специалистов, около 20% недвижимости в городе постоянно находится в рыночном обороте. Поэтому даже после ввода всех необходимых данных в информационную базу мы столкнемся с необходимостью постоянного обновления, по крайней мере, пятой части этих данных.

· Для грамотного управления земельными ресурсами необходима информация о третьей координате - высоте. Данные о рельефе местности важны для оценки земельного участка, для принятия решения о его целевом использовании и решении других вопросов, связанных с управлением недвижимостью.

Следовательно, есть необходимость использовать современные технологии для решения перечисленных задач в приемлемые сроки. Как показывает мировой опыт, применительно к большим территориям, это можно сделать наиболее оперативно и с наименьшими затратами средств, если применять данные дистанционного зондирования (ДДЗ) и процедуры фотограмметрической обработки этих данных. Привлечение этих передовых технологий позволяет с высокой эффективностью решать следующие задачи:

· создание тематических карт различных масштабов;

· построение цифровых моделей рельефа;

· оперативная поддержка цифровой базы данных в актуальном состоянии.

2.4 Применение дистанционного зондирования при составлении тематических карт и планов

Тематические картографические материалы - это собственно тематические карты различного назначения и масштаба, схемы землепользований, лесоустроительные планы и др., а также материалы полевых тематических съемок (схемы, абрисы, крупномасштабные планы). Тематические карты используются или в качестве основного материала, с которого составляется и географическая основа, и специальное содержание, или только для нанесения специального содержания. Обычно по тематическим картам крупных масштабов составляются мелкомасштабные карты этой же тематики, но во многих случаях карты одной тематики могут использоваться при составлении карт смежной тематики. Например, при составлении ландшафтной карты привлекают карты рельефа, растительности, геоморфологии, почв и др. Специальное содержание на составляемых картах может наноситься по материалам специальных съемок (геологических, почвенных, гидрологических и др.), выполненных на основе крупномасштабных топографических карт.

Особую ценность представляют кадастровые карты и планы (земельных ресурсов, лесного хозяйства и др.), дающие качественную и количественную характеристику явлений, рекомендации по рациональному использованию природных ресурсов и их оценку. достоинства дистанционных съемок состоят в их высокой детальности, охвате больших территорий, возможности получения повторных снимков и исследования труднодоступных районов

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гарбук С.В., Гершензон В.Е. Космические системы дистанционного зондирования Земли.- М.: Издательство А и Б, 2013.

2. Киенко Ю.П. Введение в космическое природоведение и картографирование: Учебн. для вузов.- М.: Картгеоцентр - Геоиздат, 2010

3. Кравцова В.И. Космические методы картографирования / Под ред. Книжникова Ю.Ф.- М.: Изд-во МГУ, 2013

4. Фотограмметрия и дистанционное зондирование территории Б.Ф. Булавицкий; Н.В. Жукова ТОГУ 2016

5. Использование материала дистанционного зондирования для решения землеустроительных задач А.С. Назаро 2015

6. Дистанционное зондирование земли Воробьева А.А. 2012

Размещено на Allbest.ru