Программа дисциплины «Космическое картографирование

Программа дисциплины «Космическое картографирование»
Автор: в.н.с. О.В. Тутубалина
Целями освоения дисциплины являются теоретическое и практическое освоение
современных методов картографирования с применением космических снимков.
Задачами освоения дисциплины являются: формирование у студентов
представлений о современных типах космических снимков, методах их получения и
обработки для составления карт, применяемых в различных отраслях географических
исследований, включая исследования природной среды и социально-экономической
сферы; формирование навыков предварительной и тематической обработки космических
снимков, выбора и адаптаций методик космического картографирования для конкретных
географо-картографических задач.
Место дисциплины в структуре ООП:
Дисциплина опирается на базовые навыки визуального и автоматизированного
дешифрирования и обработки аэрокосмических снимков, полученные студентами в
курсах ООП бакалавриата - модуль базовой части «Аэрокосмическое зондирование»
(«Дешифрирование аэрокосмических снимков», «Фонд космических снимков»,
«Фотограмметрия», «Цифровая фотограмметрия»), учебную полевую практику по
дешифрированию. Освоение дисциплины «Космическое картографирование» необходимо
для завершения комплексной профессиональной подготовки магистров в области
аэрокосмического зондирования, прохождения научно-производственной практик,
выполнения научной работы, подготовки магистерской диссертации. Освоение
дисциплины дает возможность более широкого выбора методов исследований, изучаемых
в вариативной части магистратуры. Дисциплина преподается в 1-ом семестре
магистратуры.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
знать
теоретические
основы
современных
методик
космического
картографирования, использующих новейшие алгоритмы и космические снимки;
уметь осуществлять предварительную и тематическую обработку основных типов
космических снимков;
владеть навыками выбора оптимальных типов космических снимков, алгоритмов
обработки и способов картографирования для различных задач в географических
исследованиях.
В итоге магистр должен освоить методики и алгоритмы обработки космических
снимков для составления карт на их основе; усовершенствовать свой уровень владения
методиками обработки снимков в профессиональных пакетах для обработки изображений;
углубить навыки составления карт на основе обработки снимков нового типа в
специализированных пакетах программ.
Содержание
Раздел 1. Общие вопросы космического картографирования
Обзор фонда снимков для космического картографирования.
Пространственное временнóе, радиометрическое разрешение снимков. Основные
виды космических снимков в видимом, ближнем и среднем инфракрасном (световом),
тепловом инфракрасном диапазоне, радиодиапазоне. Анализ современного фонда снимков
по пространственному, спектральному, временному разрешению и задачи, решаемые по
снимкам разного разрешения. Технологии и особенности поиска и заказа космических
снимков в Интернет-порталах и в организациях.
Предварительная обработка снимков.
Типы и уровни предварительной обработки снимков. Геометрическая коррекция,
включая ортокоррекцию. Системная радиометрическая коррекция: технологии,
параметры. Методы атмосферной коррекции снимков в оптическом диапазоне:
использование информации, содержащейся в снимке, использование внешних
метеорологических параметров, модели переноса радиации в атмосфере. Модели 6S и
MODTRAN для атмосферной коррекции. Атмосферная коррекция тепловых и
радиолокационных снимков.
Раздел 2. Тематическое космическое картографирование
Картографирование атмосферы и гидросферы.
Картографирование атмосферной циркуляции. Картографирование радиационного и
теплового баланса Земли. Карты ветрового поля. Оперативные синоптические карты по
спутниковым данным. Картографирование океанической циркуляции. Карты температур
поверхности океана. Карты рельефа морского дна. Построение батиметрических карт
мелководий по спутниковым данным. Картографирование биопродуктивности морей и
океанов. Космическая ледовая разведка и мониторинг площади морских льдов.
Картографирование озер и других водоемов суши.
Картографирование природной среды суши.
Космогеологическое картографирование. Космические снимки для геологоразведки.
Картографирование генезиса рельефа по индикационным признакам. Картографирование
береговых процессов. Картографирование типов почв. Исследование динамических
свойств почв. Мониторинг состояния сельскохозяйственных земель. Картографирование
лесов. Оценка биомассы растительности из космоса. Картографирование состояния и
динамики
растительности.
Карты
местообитаний
животных.
Космическое
картографирование ландшафтов.
Картографирование опасных природных процессов.
Мониторинг
паводков
и
наводнений.
Мониторинг
лесных
пожаров.
Картографирование опасных экзогенных процессов (обвалов, оползней, селей, ледниковой
опасности).
Картографирование
районов
вулканической
деятельности.
Картографирование сейсмической активности, предвестников и последствий
землетрясений.
Картографирование социально-экономических процессов и антропогенного
влияния.
Карты расселения. Карты использования земель. Карты загрязнения атмосферы.
Экологический мониторинг состояния водных объектов. Карты антропогенного
воздействия на экосистемы. Мониторинг техногенного повреждения растительности.
Картографирование городов и их динамики. Функциональное зонирование городов по
космическим снимкам в оптическом и тепловом инфракрасном диапазоне.
Раздел 3. Методы космического картографирования
Гибридные и экспертные методы дешифрирования снимков.
Гибридные неконтролируемые и контролируемые классификации. Привлечение
дополнительных геоданных для автоматизированного дешифрирования снимков.
Формирование решающих правил и деревьев решений. Базы знаний для дешифрирования
снимков. Реализация экспертной классификации в программах обработки снимков.
Структурометрическое и объектно-ориентированное дешифрирование.
Понятие структуры изображения снимка, способы ее выделения. Использование
технологий пространственной фильтрации для выделения структуры. Применение
яркостных и структурных дешифровочных признаков для дешифрирования объектов.
Создание карт на основе результатов дешифрирования по спектральным и структурным
признакам.
Спектральная декомпозиция и субпиксельный анализ.
Принцип спектральной декомпозиции снимков для увеличения подробности
дешифрирования. Понятие о спектральных эталонах. Разновидности методов
спектральной декомпозиции.
Реализация спектральной декомпозиции для
картографирования растительности.
Полевые исследования и оценка достоверности карт.
Планирование полевых исследований с целью сбора наземных данных для
дешифрирования и для оценки достоверности. Технологии сбора наземных данных.
Методы оценки достоверности результатов дешифрирования и составленных карт по
наземным данным, по дополнительным картографическим данным. Составление матриц
ошибок для вариантов четкой и нечеткой классификации.
Рекомендуемая литература
Основная:
Книжников Ю.Ф., Кравцова В.И., Тутубалина О.В. Аэрокосмические методы
географических исследований: Учеб. для студ. высш. учеб. заведений, 2-е изд.
перераб. и доп.. – М.: изд. центр «Академия», 2011. – 416 с.
Лабутина И.А. Дешифрирование аэрокосмических снимков: Учебное пособие. – М.:
Аспект Пресс, 2004. – 184 с.
Лабутина И.А., Балдина Е.А. Практикум по курсу «Дешифрирование
аэрокосмических снимков». Учеб. пособие. – М.: Географический факультет МГУ,
2013. – 168 с.
Дополнительная:
Аэрокосмические методы в социально-экономической географии. – М.: Изд-во
Моск. ун-та, 1983.
Книжников Ю.Ф. Аэрокосмическое зондирование. Методология, принципы,
проблемы. – М.: изд. Моск. ун-та., 1997. – 128 с.
Книжников Ю.Ф., Кравцова В.И. Аэрокосмические исследования динамики
географических явлений. – М.: изд. Моск. ун-та, 1991. – 205 с.
Кравцова В.И. Космические методы исследования почв. Учебное пособие. – М.:
Аспект Пресс, 2005.
Кронберг П. Дистанционное изучение Земли. – М.: Мир, 1988. – 349 с.
Лурье И.К., Косиков А.Г. Теория и практика цифровой обработки изображений.
Учебное пособие. – М.: Научный мир, 2003.
Рис. У.Г. Основы дистанционного зондирования. Второе издание. – М.: Техносфера,
2006.
Савиных В.П., Малинников В.А., Сладкопевцев С.А., Цыпина Э.М. География из
космоса: Учебно-методическое пособие. – М.: изд-во МИИГАиК, 2000.
Тутубалина О.В. Компьютерный практикум по курсу «Космические методы
исследования почв». – М.: Географический факультет МГУ, 2009.
Интернет-ресурсы:
Каталог Геологической службы США (http://earthexplorer.usgs.gov),
Каталог-портал данных НАСА (http://earthdata.nasa.gov/)
Каталог Совзонда (http://www.sovzond.ru)
Сайт российского Научного центра оперативного мониторинга Земли (НЦ ОМЗ)
(http://ntsomz.ru)
Геопортал GoogleEarth (http://www.googleearth.com)
Геопортал Космоснимки (http://www.kosmosnimki.ru)