Видеолекция «Космические снимки и их свойства. Анализ и интерпретация космических снимков»

• ГИС предназначены для сбора, обработки, хранения и анализа пространственных данных.  

• Основная цель ГИС - формирование знаний о земле.  

• ГИС работают с пространственными данными на всех этапах их существования.  

• В рамках конкурса "Агрокосмос" используются данные спутниковой съемки.  

• Дистанционное зондирование включает наземные, авиационные и космические средства.  

• Сферы применения ГИС включают сельское и лесное хозяйство, водное хозяйство, мониторинг чрезвычайных ситуаций и градостроительство.  

• Современные ГИС не могут функционировать без данных дистанционного зондирования.  

• Данные ДЗЗ являются основным источником актуальной информации для ГИС.  

• ДЗЗ насыщает ГИС данными, делая их более мощными.  

• Основные типы пространственных данных: векторные и растровые.  

• Векторные данные включают точки, линии и полигоны.  

• Растровые данные представляют собой матрицы с пикселями, содержащими значения яркости или других параметров.  

• Растровые данные могут представлять цифровую модель рельефа или температуру.  

• Векторные данные используются для описания объектов через координаты.  

• Полигоны отличаются от линий своей замкнутостью.  

• ГИС позволяют создавать многослойные модели реального мира.  

• Слои данных включают гидрографию, дорожную сеть, рельеф и кадастровые данные.  

• Геопорталы используют эти модели для создания контента.  

• Спутники снимают определенные части Земли и передают данные на станции приема.  

• Данные обрабатываются на терминалах для получения готовых изображений.  

• Современные космические снимки имеют высокое пространственное разрешение и доступны в большом количестве.  

• Максимальное разрешение современных спутников увеличилось с 31 см до 15 см.  

• Объем данных растет, но не всегда более высокое разрешение означает лучшее качество.  

• Для разных целей можно выбирать оптимальные данные.  

• Россия активно запускает спутники, такие как Ресурс-П, Каноб, Метеор и другие.  

• Россия также выводит зарубежные спутники на своих ракетах-носителях.  

• Проблема хранения и обработки данных становится все более актуальной.  

• Основная проблема не в приеме данных, а в их обработке и хранении.  

• Количество данных превышает возможности их обработки.  

• Основные свойства спутниковых снимков: пространственное и спектральное разрешение.  

• Снимки среднего разрешения подходят для сельского и лесного хозяйства.  

• Классификация: субметровые до 1 м, высокого разрешения 1-10 м, среднего разрешения 10-30 м, низкого разрешения 30-250 м, очень низкого разрешения 250-3000 м.  

• Примеры: сверхвысокое разрешение 46 см, высокое разрешение 184 см, среднее разрешение 8-15 м, низкое разрешение 250 м.  

• Пиксель несет интегральное значение яркости территории под ним.  

• Сверхвысокое разрешение подходит для мониторинга городской среды и дешифрирования инфраструктурных объектов.  

• Для сельскохозяйственных целей 46 см может быть излишним, но полезен для дешифрирования негативных процессов.  

• Два основных метода: активный и пассивный.  

• Пассивный метод: спутник регистрирует отраженное излучение солнца и тепловое излучение земли.  

• Активный метод: спутник регистрирует излучение от собственного источника, например, радиолокационная съемка.  

• Используются данные в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах.  

• Важна спектральная характеристика и спектральное разрешение спутниковых данных.  

• Цифровые изображения могут быть сформированы в любом диапазоне спектра.  

• Для дистанционного зондирования Земли используются видимый, ближний инфракрасный и другие диапазоны.  

• В инфракрасном диапазоне есть отдельные окна для тепловых инфракрасных каналов.  

• Видимый диапазон спектра используется для формирования изображений в натуральном световом синтезе.  

• Панхроматические каналы фиксируют излучение за весь видимый диапазон спектра.  

• Чем шире диапазон, тем лучше пространственное разрешение.  

• Современные аппараты имеют один панхроматический канал и четыре мультиспектральных канала.  

• Некоторые аппараты имеют больше каналов в среднем и коротковолновом инфракрасных диапазонах.  

• Ресурсные спутники, такие как LANDSAT, имеют больше мультиспектральных каналов для тематической съемки.  

• LANDSAT имеет разрешение 30 метров и панхроматический канал на 15 метров.  

• Каналы включают синий, зеленый, красный, ближний инфракрасный, коротковолновые инфракрасные и температурные окна.  

• Для тематической съемки используются каналы с разрешением 30 метров.  

• Натуральные цвета формируются по модели RGB красный, зеленый, синий.  

• RGB модель представляет изображение в трехосном пространстве.  

• Исходные данные спутниковой съемки представляют собой набор мультиспектральных каналов.  

• Дешифрирование включает визуальное и экспертное распознавание объектов.  

• Автоматические алгоритмы имеют ограниченную применимость.  

• Дешифровочные признаки делятся на прямые и косвенные.  

• Прямые признаки включают геометрические, структурные и яркостные характеристики объектов.  

• Косвенные признаки определяют изменения свойств объектов в зависимости от их окружения.  

• Примеры включают влияние крутизны склонов на выветривание почв и расположение шламонакопителей на промышленных предприятиях.  

• Дешифрирование природных объектов требует глубоких знаний о ландшафте и растительности.  

• Антропогенные объекты проще для дешифрирования, так как требуют меньше знаний.  

• Природные объекты лучше поддаются автоматизации, чем антропогенные.  

• В конкурсе будет преимущественно дешифрирование сельскохозяйственных угодий.  

• Основные типы сельскохозяйственных угодий: пашни, пастбища, сенокосы, многолетние насаждения, неиспользуемые угодья и залежи.  

• Пашни регулярно перепахиваются и активно вовлечены в сельскохозяйственный оборот.  

• В течение вегетационного сезона пашни сильно меняются по цвету.  

• Сенокосы используются для заготовки корма для животных и часто располагаются вдоль рек и в долинах.  

• В течение года на сенокосах не происходит перепашки и сильных пиков вегетации.  

• Пастбища используются для выпаса скота и часто имеют неравномерную структуру.  

• Пастбища обычно приурочены к населенным пунктам или малонаселенным пунктам.  

• Многолетние насаждения, такие как сады и виноградники, имеют текстурные признаки и постепенный рост вегетации.  

• Они часто идут рядочками и имеют разбивку для удобства подхода.  

• Неиспользуемые угодья постепенно зарастают древесно-кустарниковой растительностью.  

• Залежи имеют неоднородную структуру из-за неравномерного зарастания.  

• Для каждого региона можно сделать слайды с информацией о наиболее развитых культурах.  

• В Российской Федерации лидируют зерновые и кормовые культуры.  

• Оценка вегетации важна для сельскохозяйственного мониторинга.  

• Вегетация включает стадии роста растений, которые различаются у разных культур.  

• Вегетационный период зависит от климатических условий и географической широты.  

• Используется нормализованный вегетационный индекс NDVI.  

• Формула NDVI: NIR минус Red зеленая на NIR плюс Red.  

• NDVI учитывает отражения и поглощения в ближнем инфракрасном и красном каналах.  

• NDVI позволяет регулировать диапазон значений от -1 до 1.  

• В ранних версиях дистанционного зондирования использовали отношение NIR к Red, что теряло метрику диапазона значений.  

• NDVI устраняет этот недостаток, обеспечивая точные значения вегетации.  

• NDVI используется для оценки вегетации: 1 - максимальная вегетация, 0 - отсутствие вегетации.  

• Значения NDVI разбиваются на цензы: 0.7 - густая растительность, 0.5 - разреженная, 0.3 - начало вегетации.  

• NDVI является относительным показателем, требующим анализа временной последовательности данных.  

• Сервисы, такие как "Космос Агро", отслеживают судьбу поля на протяжении всего вегетационного периода.  

• Включают подготовку почвы, всходы, активную вегетацию, созревание, уборку урожая и подготовку почвы к зиме.  

• Лансат и Сантини имеют пространственное и временное разрешение.  

• Лансат падает на одну территорию раз в 16 дней.  

• Санти-2 падает на одну территорию раз в 5 дней.  

• Лансат имеет разрешение 30 метров на пиксель, Санти-2 - 10 метров на пиксель.  

• Модис имеет разрешение 250 метров и снимает раз в сутки.  

• Данные Модис используются для крупнорегионального мониторинга.  

• Каждая сцена содержит значение вегетационного индекса для каждого пикселя.  

• Графики хода вегетационных индексов показывают изменения в течение года.  

• Графики помогают анализировать типы культур и метеорологические параметры.  

• Графики вегетационных индексов помогают дешифрировать типы культур.  

• Озимые культуры имеют пик вегетации ближе к началу выхода из-под снега.  

• Яровые культуры имеют пик вегетации на период начала сева.  

• Резкие провалы вегетации могут указывать на последствия стихийных явлений.  

• Вегетация учитывается с учетом маски облачности, что помогает исключить влияние облаков.  

• Водная эрозия, линейная эрозия, переувлажнение почвы, заболачивание.  

• В аридных регионах ветровая эрозия, засоление, подкисление.  

• Антропогенные изменения, линейная эрозия как простой для дешифровки объект.  

• Линейная эрозия проявляется в виде сети тальвиков на поле.  

• Студенты должны искать такие участки и давать развернутый ответ.  

• Плоскостной смыв характеризуется большими фрагментами гальки.  

• Переувлажнение и заболачивание выявляются по замкнутым участкам с водой.  

• Степные блюдца образуются из-за вымывания грунта подземными водами.  

• Перевыпас и опустынивание характерны для арендных зон, особенно в Калмыкии.  

• Зарастание начинается с появления кустарников, затем деревьев.  

• Дешифровка проста: видны фрагменты с древесной растительностью.  

• Антропогенные изменения легко дешифрируются: строительство, добыча полезных ископаемых.  

• Захламление отходами часто происходит в близлежащих населенных пунктах.  

• Лекция завершена, следующая будет про сервисы и применение данных дистанционного зондирования в сельском и лесном хозяйстве.