Document 643289

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ЭКОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
Кафедра картографии и геоинформационных систем
Пупырев М.А.
ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ
Учебно-методический комплекс
Рабочая программа для студентов направления
020800.65 «Экология и природопользование»
Тюменский государственный университет
2008
2
УДК 681.51:504(075.8)
ББК 26.82 я 73
А 895
М.
А.
ПУПЫРЕВ.
Дистанционное
зондирование:
учебно-
методический комплекс (рабочая программа, учебно-методические
указания)
для
обучающихся
студентов
на
эколого-географического
ОДО
по
направлению
факультета,
«Экология
и
природопользование».
Тюмень: Издательство Тюменского государственного университета,
2008, 16 с.
Учебно-методический комплекс включает тематический план
дисциплины, краткое содержание лекционного материала, темы
семинарских
занятий,
указания
к
самостоятельной
работе
и
практическому занятию, перечень тем рефератов и вопросов к
зачётам и экзаменам.
Курс
знакомит
студентов
с
основами
дистанционного
зондирования, как научно-прикладной дисциплины, направлен на
практическое применение методов обработки данных дистанционного
зондирования
Земли
и
их
использования
в
тематическом
картографировании с применением геоинформационных систем.
Рабочая программа дисциплины опубликована на сайте
ТюмГУ: Экологическое картографирование [электронный ресурс] /
Режим доступа: http:// www.umk.utmn.ru., свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой картографии и ГИС.
Утверждено
проректором
по
учебной
работе
Тюменского
государственного университета.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР:
д.т.н., профессор В.В. Новохатин
© ГОУ ВПО Тюменский государственный университет, 2008
© М. А. Пупырев, 2008
3
I. Пояснительная записка
Цель курса
Приобретение практических навыков дешифрирования АФС и КС,
ландшафтного
и
тематического
картографирования.
Получение
знаний о роли современных методов дистанционного зондирования
Земли в эколого-географических исследованиях студентами высших
учебных
заведений,
обучающихся
по
географическим
специальностям.
Задача курса
Подготовка студентов к возможности использования аэрокосмических
снимков при решении научных и практических вопросов. Получение
практических
технологий
навыков
и
эколого-географического
методов
дистанционного
обработки
зондирования
различных
Земли
с
применения
типов
данных
применением
геоинформационных систем.
Место курса в профессиональной подготовке выпускника
Методы и технологии дистанционного зондирования находятся в
тесной
связи
с
картографией,
ландшафтоведением.
Овладевая
зондирования
будущие
опираться
Земли
на
принципы
геоинформатикой
методами
дистанционного
специалисты-географы
традиционного
и
должны
ландшафтного
картографирования и построения геоинформационных систем, на
знания, полученные в курсах "Картография", "Ландшафтоведение",
"Геоинформатика".
4
Требования к уровню освоения содержания курса
Знание
теоретических
геоинформационного
положений
картографирования
и
геоинформатики,
ландшафтоведения.
Владение практическими основами составления и использования карт
на
персональных
компьютерах
при
помощи
современного
лицензированного ГИС-пакета Mapinfo; знание основных операций,
алгоритмов и инструментов данного ГИС-пакета для работы с
растровыми и векторными данными.
5
2. Тематический план изучения дисциплины.
Лекции
(кол-во
часов)
Индив. и
Практич. и
самостоят.
семинарские
работа студ. Форма контроля
занятия (кол(кол-во
во часов)
часов)
п/п
Наименование тем
и разделов
1.
Введение в
дисциплину
2
2
2
2
2.
Краткий обзор
истории развития
дистанционного
зондирования Земли
2
2
2
Опрос
3.
Физические основы
дистанционного
зондирования Земли
Современные
системы
дистанционного
зондирования
Земли. Данные
дистанционного
Дешифрирование
зондирования Земли
снимков
Геоинформационная
обработка данных
дистанционного
зондирования Земли
Основные
инструменты
картопостроения ПК
MapInfo
2
2
2
Опрос
4
4
2
4
4
2
Контрольная
работа
Контрольная
работа
4
6
4
Контрольная
работа
Дешифрирование
АФС. Оцифровка
контуража
ландшафтной карты
в ПК MapInfo
4
6
10
Контрольная
работа
Составление
легенды
9. ландшафтной
карты. Составление
тематической карты
Оформление
ландшафтной и
тематической карты
10. в ПК MapInfo для
вывода в бумажную
форму
4
4
10
Контрольная
работа
4
4
4
Контрольная
работа
32
32
36
4.
5.
6.
7.
8.
ИТОГО
—
Опрос
Опрос
—
6
3. Содержание дисциплины.
1. Введение
в
дисциплину.
Определение
дистанционного
зондирования. Место дистанционного зондирования в системе наук.
Структура
дистанционного
фотограмметрией,
зондирования,
картографией,
его
взаимосвязи
геоинформатикой
с
и
ландшафтоведением. Особое место дешифрирования в структуре
дистанционного
зондирования.
Международное
общество
фотограмметрии и дистанционного зондирования, его значение для
развития дистанционного зондирования.
2. Краткий
обзор
истории
развития
дистанционного
зондирования Земли. Основные предпосылки формирования
дистанционного
зондирования,
как
научно-прикладного
направления. Первые опыты по получению аэрофотоснимков в
Западной Европе и в России. Первые капитальные труды по
смежным с дистанционным зондированием научно-прикладным
дисциплинам. Основные направления применения материалов
дистанционного
зондирования
исторического
развития
России
Земли
в
на
XX
разных
веке.
этапах
Историческая
последовательность смены ведомств, отвечавших за проведение
аэрофото- и космической съёмки на государственном уровне.
Историческая
периодизация
развития
дистанционного
зондирования в России.
3. Физические основы дистанционного зондирования Земли.
Электромагнитное излучение, электромагнитный спектр,
источники
излучения.
Определение
электромагнитного
излучения. Электромагнитные волны, их основные физические
характеристики.
Спектральный
диапазон
электромагнитного
7
излучения, виды электромагнитного излучения по спектральному
диапазону.
«Окна
прозрачности
атмосферы».
Солнечное
электромагнитное излучение и его энергия. Электромагнитное
излучение Земли. Вторичное тепловое излучение. Отражательная
способность объектов на земной поверхности.
Типы и методы дистанционного зондирования. Аэросъёмка и
космическая
съёмка,
их
основные
различия.
Основные
современные методы дистанционного зондирования Земли, их
классификация.
технологический
Фотографический
принципы,
метод,
его
современная
физический
и
применяемость,
положительные качества и недостатки. Сканерный метод, его
физический
и
технологический
принципы,
современная
применяемость, положительные качества и недостатки.
4. Современные системы дистанционного зондирования Земли.
Данные дистанционного зондирования Земли.
Особенности и параметры съемки из космоса. Основные
отличительные черты получения космических снимков. Источники
получения космических снимков (виды технических средств).
Важнейшие факторы, влияющие на процесс съёмки из космоса.
Влияние параметров орбиты. Форма орбиты, наклонение орбиты,
высота орбиты, период обращения спутника, положение орбиты по
отношению к Солнцу. Влияние атмосферы.
Свойства
космических
снимков.
Определение
снимка.
Основные особенности космических снимков. Геометрические
свойства космических снимков. Особенности проекции космических
снимков, искажения из-за кривизны Земли, искажения за рельеф
земной поверхности. Генерализация изображения на космических
снимках.
8
Классификация
космических
снимков.
Комплексная
классификация космических снимков (по Кравцовой). Структура
комплексной
классификации
космических
снимков.
Частные
классификации космических снимков по отдельным показателям.
Классификации по масштабу,
обзорности, пространственному
разрешению, детальности изображения. Классификация съёмки по
периодичности выполнения.
5. Дешифрирование снимков.
Понятие дешифрирования снимков. Методы и способы
дешифрирования
снимков.
снимков.
и
Общее
дешифровочного
Определение
отраслевое
процесса:
дешифрирования
дешифрирование.
полевой,
Этапы
аэровизуальный,
камеральный. Методы дешифрирования снимков: визуальное,
автоматизированное, автоматическое дешифрирование. Способы
автоматического
дешифрирования:
фотоэлектронный,
микрофотометрический,
пространственной
фильтрации,
комбинированный.
Структура процесса визуального дешифрирования снимков.
Логическая структура процесса визуального дешифрирования
снимков, как совокупность ступеней познания. Ступени логической
структуры
процесса
дешифрирования
снимков:
обнаружение,
распознавание, классификация, интерпретация.
Информационная ёмкость снимков. Избыток и недостаток
информации
на
снимках,
как
параметры,
определяющие
информационную ёмкость снимка. Формальная информация на
снимке.
Формула
расчёта
информационной
ёмкости
снимка.
Вероятностная информация на снимке. Оценочная информация га
снимке:
полезная,
условно
полезная,
бесполезная.
9
Дешифрируемость
снимков:
абсолютная
и
относительная
дешифрируемость.
Система дешифровочных признаков. Демаскирующие признаки
объектов местности. Прямые дешифровочные признаки: форма,
размер, тон (шкала тональности), цвет, тень (собственная и
падающая тени), структура (рисунок). Косвенные дешифровочные
признаки. Закономерные взаимосвязи между объектами местности,
определяющие косвенные дешифровочные признаки.
6. Геоинформационная
обработка
данных
дистанционного
зондирования Земли.
Общие положения о геоинформационных системах. Связь
геоинформационных
систем
с
дистанционным
зондированием. Геоинформатика – научная дисциплина, лежащая
в
основе
геоинформационных
систем.
Определение
географической информационной системы. Геоинформационные
технологии.
Технология
обработки
зондирования
в
дистанционного
геоинформационных
Геоинформационный
зондирования.
данных
анализ
Этапы
данных
обработки
данных
системах.
дистанционного
в
дистанционном
зондировании.
7. Основные инструменты картопостроения в ПК Mapinfo
Специальное программное обеспечения для обработки и
анализа данных дистанционного зондирования. Основные
операции
обработки
специализированных
данных
программных
дистанционного
комплексов
зондирования.
для
Основные
программные комплексы для обработки данных дистанционного
10
зондирования:
ERDAS
Imagine,
ER
Mapper,
IDRISI,
снимков
с
PCI
(EASI/PACE), Photomod, eCognition, Mapinfo.
Автоматизированное
специального
дешифрирование
программного
(дешифрирование)
снимков
обеспечения.
без
помощью
Классификация
обучения,
с
обучением,
специальная.
8. Дешифрирование АФС. Оцифровка контуража ландшафтной
карты в ПК MapInfo.
Дистанционного
дистанционного
зондирования
зондирования
Земли.
Земли
Системы
со
свободно
распространяемыми данными: METEOSAT, GOES, GMS, MODIS.
Снимки высокого пространственного разрешения с коммерческих
систем дистанционного зондирования Земли: ASTER, LANDSAT,
SPOT, IRS. Снимки сверхвысокого пространственного разрешения с
коммерческих
систем
дистанционного
зондирования
Земли:
IKONOS, QUICKBIRD, ORB VIEW. Гиперспектральная система
дистанционного зондирования Земли Earth Observing. Радарные
данные
дистанционного
зондирования:
RADARSAT,
ERS.
Российские космические системы дистанционного зондирования
Земли:
КОМЕТА,
РЕСУРС-Ф,
РЕСУРС-О.
Практическая
применяемость данных дистанционного зондирования Земли.
Интернет-ресурсы данных дистанционного зондирования.
Структура компаний, занимающихся распространением данных
дистанционного зондирования Земли через Интернет. Крупнейшие
Интернет-ресурсы по распространению данных дистанционного
зондирования: GEOSPACE, EURIMAGE, EOSDIS, Spot Image,
DataPlus, Совинформспутник, СканЭкс.
9. Составление
легенды
ландшафтной
карты.
Составление
тематической карты.
11
Ландшафтный
метод
дешифрирования.
Предметное
и
логическое дешифрирование, как составные части ландшафтного
дешифрирования.
Технологическая
схема
и
процедура
ландшафтного дешифрирования. Работа на ключевых участках;
значение ключевых участков для ландшафтного дешифрирования.
Составление комплексных профилей. Ландшафтные профили
эколого-топологической и региональной размерности. Эталонные
изображения
и
экстраполяция
дешифровочных
признаков.
Элементарные эталоны и эталонные профиля. Внутриконтурная,
внутриландшафтная и межландшафтная экстраполяция.
10.
Оформление ландшафтной и тематической карты в ПК
MapInfo для вывода в бумажную форму
Модели
представления
зондирования
Физический
Земли
принцип
квантование,
данных
(геоизображений)
получения
дискретизация.
дистанционного
в
ПК
Mapinfo..
сканированного
изображения,
Пространственное
разрешение
геоизображений. Размер изображения, сцена снимка, полоса
захвата сканирования, длина строки снимка, размер кадра.
Спектральное
разрешение
снимка,
многоспектральная
и
гиперспектральная съёмка. Пространственный масштаб снимка.
Временное разрешение. Глубина пикселя растрового изображения,
цветовой режим изображения. Стоимость снимка. Векторная
модель изображения, её сущность и структура. Трансформация
растровой модели в векторную и векторной в растровую.
Цветовые
характеристики
геоизображений.
Сущность
цветового режима изображения, различия растровых изображений
по глубине пикселя. Цветовые режимы изображения Grayscale,
Indexed color, RGB, CMYK, их главные характеристики, различия и
основные направления применения.
12
4.Практические занития
1. Введение в дисциплину.
Введение. Знакомство с ГИС – пакетами: ArcGIS и MapInfo.
2. Краткий обзор истории развития дистанционного зондирования
Земли.
Изучение растрового изображения. Свойства растра, операции с
растром в ГИС.
3. Физические основы дистанционного зондирования Земли.
Редактирование контуров. Заполнение атрибутивных данных.
4. Современные системы дистанционного зондирования Земли.
Составление тематической карты, её легенды, отчёта. Печать
тематической карты
5. Дешифрирование снимков.
Оформление ландшафтно - индикационной таблицы.
6. Геоинформационная обработка данных дистанционного
зондирования Земли.
Запросы в MapInfo. SQL - запрос.
7. Основные инструменты картопостроения ПК MapInfo.
Изучение координатной привязки, техника оцифровки, создание
тематических слоёв в программном комплексе MapInfo.
8. Дешифрирование АФС. Оцифровка контуража ландшафтной карты
в ПК MapInfo.Привязка снимка. Контурное дешифрирование АФС.
9. Оформление ландшафтной и тематической карты в ПК MapInfo для
вывода в бумажную форму.
Составление легенды ландшафтной карты. Оформление отчёта.
Печать ландшафтной карты.
10.
Составление легенды ландшафтной карты. Составление
тематической карты
Составление атрибутивной таблицы. Содержание выборки в
MapInfo.
13
5. Самостоятельная работа студентов.
1.
Создание в ПК MapInfo tab-файла и атрибутивной таблицы.
2.
Основные инструменты оцифровки контуража в ПК MapInfo.
3.
Наполнение
геопространственными
данными
атрибутивной
таблицы векторного покрытия.
4.
Комплексное
описание
закартографированных
природно-
территориальных комплексов.
5.
Оценка
функционально-ценностных
качеств
закартографированных природно-территориальных комплексов.
6.
Оформление ландшафтной и почвенной карт для вывода на
бумажную основу.
6. Темы рефератов
1.
Электромагнитное излучение Солнца и Земли и их использование
в дистанционном зондировании.
2.
Российские космические системы дистанционного зондирования
Земли (на выбор).
3.
Зарубежные космические системы дистанционного зондирования
Земли (на выбор).
4.
Применение аэрофотосъёмки в дистанционном зондировании.
5.
Дешифровочные признаки на космических и аэрофотоснимках (на
выбор).
6.
Дистанционное зондирование и геоинформационные системы:
структура совместно решаемых научно-прикладных задач.
7.
Понятие, методы и признаки дешифрирования АФС.
14
1.
7. Контрольные вопросы к зачету.
Определение
дистанционного
зондирования.
Место
дистанционного зондирования в системе наук.
2.
Структура дистанционного зондирования, как научной дисциплины.
3.
Довоенный этап развития дистанционного зондирования в России.
4.
Послевоенный
советский
этап
развития
дистанционного
зондирования в России.
5.
Современный этап развития дистанционного зондирования в
России.
6.
Электромагнитные
волны.
Спектральный
диапазон
электромагнитного излучения.
7.
Электромагнитный спектр, его роль в дистанционном зондировании
Земли.
8.
Окна
прозрачности
атмосферы,
их
роль
в
дистанционном
зондировании Земли.
9.
Современные методы дистанционного зондирования Земли.
10. Фотографический метод дистанционного зондирования.
11. Сканерный метод дистанционного зондирования.
12. Пространственное разрешение снимка.
13. Размер снимка, сцена снимка, полоса захвата сканирования, длина
строки снимка, размер кадра.
14. Спектральное разрешение снимка.
15. Основные цветовые режимы изображения.
16. Цветовые модели RGB и CMYK, их сходства и различия.
17. Параметры орбиты ИСЗ, влияющие на процесс космической
съёмки.
18. Влияние атмосферы на процесс космической съёмки.
19. Основные особенности космических снимков.
20. Геометрические свойства космических снимков.
21. Комплексная классификация космических снимков.
15
22. Частные классификации космических снимков по отдельным
показателям.
23. Системы
дистанционного
зондирования
Земли
со
свободно
распространяемыми данными.
24. Снимки высокого пространственного разрешения с коммерческих
систем дистанционного зондирования Земли.
25. Снимки
сверхвысокого
пространственного
разрешения
с
коммерческих систем дистанционного зондирования Земли.
26. Радарные данные дистанционного зондирования Земли.
27. Российские космические системы дистанционного зондирования.
28. Интернет-ресурсы данных дистанционного зондирования.
29. Определение дешифрирования снимков. Общее и отраслевое
дешифрирование.
30. Этапы дешифровочного процесса.
31. Методы дешифрирования снимков.
32. Логическая структура процесса дешифрирования снимков.
33. Информационная ёмкость снимка.
34. Система прямых дешифровочных признаков.
35. Система косвенных дешифровочных признаков.
36. Предметное и логическое дешифрирование, как составные части
ландшафтного дешифрирования.
37. Ключевые участки, комплексные профили, эталонные изображения:
их роль в ландшафтном дешифрировании.
38. Связь
геоинформационных
систем
с
дистанционным
зондированием.
39. Этапы обработки данных в дистанционном зондировании.
40. Специализированное программное обеспечение для обработки и
анализа данных дистанционного зондирования.
41. Автоматизированное
дешифрирование
снимков
с
помощью
специализированного программного обеспечения.
16
42. ГИС-модели, как результат комплексного дешифрирования АФС и
КС.
8. Учебно–методическое обеспечение дисциплины.
8.1. Рекомендуемая литература:
а) основная литература
1. Обиралов А. И., Лимонов А. Н., Гаврилова Л. А. Фотограмметрия
и дистанционное зондирование: учеб. для студ. вузов, обуч. по
спец. 120301 "Землеустройство", 120302 "Зем. кадастр", 120303
"Город. кадастр"; Междунар. ассоциация "Агрообразование". Москва: КолосС, 2006. - 334 с.;
2. Обиралов А.И., Лимонов А.Н., Гаврилова Л.А. Фотограмметрия и
дистанционное зондирование. Москва: КолосС, 2006.
3. Трифонова
Т.А.,
Мищенко
Н.В.,
Краснощёков
А.Н.
Геоинформационные системы и дистанционное зондирование в
экологических исследованиях. Москва: Академический проспект,
2005.
б) дополнительная литература
4. Лурье И. К. Геоинформационное картографирование: методы
геоинформатики и цифровой обработки косм. снимков : учеб. для
студ. вузов, обуч. по спец. 020501 "Картография", напр. 020500
"География и картография"; Моск. гос. ун-т им. М. В. Ломоносова,
Геогр. фак.. - Москва: КДУ, 2008. - 424 с
5. Кашкин В. Б., Сухинин А. И. Дистанционное зондирование Земли
из космоса: цифровая обработка изображений : учеб. пособие. Москва: Логос, 2001. - 264 с.
6. Пьянков С. В. Использование геоинформационных систем и
технологий при решении пространственных задач. Пермь : Изд-во
ПГУ, 2007. 164
17
19
20