Методы дешифрирования и цифровой обработки изображений, полученных в результате ДЗ.

На снимке из Космоса земные объекты могут быть совершенно непохожими на свои реальные образы. Поэтому дешифровщики космических снимков, конечно же, обязательно зная механизм изучаемых явлений (например, биологический), местоположение и природно-хозяйственные условия опорных наземных объектов, очень часто пользуются методом аналогий, при котором основную роль играют такие характеристики снимков, как цвет, яркость, геометрия, размер, текстура.

А на земле, на опорных объектах работниками специальных служб измеряются наземные параметры, характеризующие состояние наблюдаемых объектов: урожайность сельскохозяйственных культур, засоленность, влажность, гумусность почвы, площадь листовой поверхности сельскохозяйственных растений, толщина снегового покрытия, загрязненность водных поверхностей нефтепродуктами и многие другие параметры, величины которых имеют тесную связь с яркостными характеристиками космических снимков. Такие опорные объекты называются тематическими полигонами.

Снимки могут быть цветными и черно-белыми. Цветные снимки информативнее, чем черно-белые, но в большинстве случаев они состоят из «псевдоцветов». Это не значит, что такие цвета всегда «не настоящие». Просто глаз человека и съемочная аппаратура имеют различные возможности для регистрации электромагнитных излучений, и у них по-разному может происходить восприятие цвета (например, как у собаки и человека).

Геометрия и размер объекта укажут, естественный это покров или искусственный.

Все снимки из Космоса выполняются в трех основных диапазонахэлектромагнитных излучений: видимом, тепловом и микроволновом. Снимки в тепловом и микроволновом диапазонах дают человеку возможность увидеть такие явления, которые он никогда бы не увидел собственными глазами.

При анализе пространственного распределения температур на тепловых снимках часто выявляются температурные аномалии. Это могут быть пожары, металлургические комбинаты, теплообменники атомных электростанций, утечки воды из оросительных каналов и водохранилищ, загрязнения водных поверхностей нефтепродуктами.

А вот на американском спутнике Terra находится аппаратура Modis, которая имеет 36 (!!!) спектральных каналов и все космические снимки с этого спутника предоставляются по системе Интернет в режиме свободного доступа.

Существует еще один вид разрешения снимков – радиометрическое разрешение - способность съемочной аппаратуры передавать количество яркостных оттенков черно-белой палитры изображения. Для сравнения можно представить себе, что человеческий глаз способен различить не более 8-10 тонов серого цвета, в то время, как снимок может содержать несколько тысяч тонов, которые могут быть выделены только с помощью компьютера.

Основные объекты на космических снимках - облака, дымы, снег, лед, вода, почвенная влага, растительный и почвенный покров, песок, скальные породы изображаются по-разному в зависимости от используемого спектрального канала и состояния основного объекта.

По геометрическому разрешению все космические снимки делятся на три основные группы: малое (километры – десятки километров), среднее (сотни метров) и высокое (метры-десятки метров).

Генерализацией называется степень обобщения изображения, т. е. когда изображение многих черт земной поверхности на снимках освобождается от мелких деталей.

Элементы технологии дешифрирования космических снимков.

Маски, которые используются при обработке цифровых спутниковых снимков - позволяют максимально открыть объект наблюдений.

Допустим, нас интересует не весь снимок, а только часть. Для того, чтобы получить необходимый нам результат, мы изготавливаем маски интересующих нас объектов, и в конечном итоге получаем, то, что нам надо.

Существуют несколько способов формирования объектового состава карт: визуальное дешифрирование, автоматическое дешифрирование с обучением, расчет индексов. При визуальном дешифрировании распознавание объектов проводится на основании специальных документов: дешифровочных атласов, в которых указаны характерные изображения объектов их отличительных характеристики, способы их переноса на картографические материалы.

11. Применение ГИС технологий в экологическом мониторинге.

- автоматизированные информационные cистемы, предназначенные для обработки пространственно-временных данных, основой интеграции которых служит географическая информация.

В ГИС осуществляется комплексная обработка информации - от ее сбора до хранения, обновления и представления, в связи с этим ГИС рассматривается с различных позиций.

Как системы управления ГИС предназначены для обеспечения принятия решений по оптимальному управлению землями и ресурсами, городским хозяйством, по управлению транспортом и розничной торговлей, использованию океанов или других пространственных объектов. При этом для принятия решений в числе других всегда используют картографические данные.

Как автоматизированные информационные системы ГИС объединяют ряд технологий или технологических процессов известных информационных систем типа автоматизированных систем научных исследований (АСНИ), систем автоматизированного проектирования (САПР), автоматизированных справочно-информационных систем (АСИС) и др.

Основу интеграции технологий ГИС составляют технологии САПР.

Как геосистемы ГИС включают технологии таких систем, как географические информационные системы (ГИС), системы картографической информации (СКИ), автоматизированные системы картографирования (АСК) и т.п.

Как системы, использующие базы данных, ГИС характеризуются широким набором данных, собираемых с помощью разных методов и технологий.

Как системы моделирования ГИС используют максимальное количество методов и процессов моделирования, применяемых в других автоматизированных системах.

Как системы получения проектных решений ГИС во многом применяют методы автоматизированного проектирования и решают ряд специальных проектных задач, которые в типовом автоматизированном проектировании не встречаются.

Как системы представления информации ГИС являются развитием автоматизированных систем документационного обеспечения (АСДО) с использованием современных технологий мультимедиа.

ГИСэффективны во всех областях, где осуществляется учет и управление территорией и объектами на ней. ГИС позволяют точнейшим образом учитывать координаты объектов и площади участков; наиболее объективно оценивать участки и объекты, а также могут давать точную информацию о налогооблагаемой базе; вести мониторинг экологической ситуации и учет природных ресурсов.

Для космических и аэрофотоснимков важно то, что ГИС могут выявлять участки поверхности с заданным набором свойств, отраженных на снимках в разных участках спектра.

ГИСы рассматриваются как инструменты познания закономерностей структуры, организации экосистем и геосистем. Объединяющих геоморфологические, климатические, гидрологические и биологические элементы на определённых участка земной поверхности.

ГИСы являются своеобразной базой данных для изучения природных особенностей региона, динамики происходящих в них процессов и явлений.

В ГИСах имеется программный механизм генерации картографических, векторных изображений, в которых в виде отдельных символов, на определённых участках карты указываются специализированные базы данных, характеризующие данный объект на карте.

С помощью специальных символов на карте могут быть обозначены машинные имитационные модели, связанные с объектом на карте.

Географические данные содержат четыре интегрированных компонента: местоположение; свойства и характеристики; пространственные отношения; время.

12. Принцип комплексной организации осуществления ЭМ.

В силу того, что экологическим мониторингом предусматривается наблюдение, оценка и прогноз антропогенных изменений абиотической составляющей биосферы и ответной реакции биологических систем на эти изменения, в его организацию и осуществление закладывается принцип комплексного сочетания различных видов мониторинга окружающей среды.

Экологический мониторинг должен состоять из геофизического, биологического, медицинского и мониторинга антропогенных воздействий.

Геофизический мониторинг. Включает элементы наблюдения, оценки и прогноза состояния, а также изменения геофизической среды, включая загрязнения окружающей среды радиоактивными и химическими веществами. Кроме того, он осуществляет наблюдение, оценку и прогноз состояния крупных геофизических систем: погоды и климата.

КЛИМАТИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ -информационная система, позволяющая выявлять антропогенные изменения, колебания климата.

Для понимания изменений и колебания климата необходимо иметь данные о состоянии климатической системы: атмосфера – океан - поверхность суши – криосфера – биота и иметь представление о взаимодействии всей системы. Для выявления антропогенных изменений климата необходимо изменить естественную изменчивость климата. Необходимо иметь данные о прошлом климате. Оценка глобального атмосферного загрязнения планеты является главной задачей главной системы мониторинга ОС. В этом случае климатический мониторинг по своим целям совпадает с экомониторингом.

1. Климатический мониторинг и служба получения климатических данных могут быть направлены на решение прикладных задач в с/х, водном хозяйстве, энергетике и др. наиболее важными задачами климатического мониторинга является сбор данных, анализ и оценка естественных изменений климата, включаясравнения с прошлым, изменения состояния самой климатической системы, выделение антропогенных эффектов.

Биологический мониторинг.

Основной задачей биологического мониторинга является определение состояния биотической составляющей биосферы, изучение отклика биосферы на антропогенное воздействие. Это состояние биосферы изучается на молекулярном, клеточном, организменном, популяционном уровне и на уровне сообщества.

Медицинский мониторинг предполагает наблюдение, оценку и прогноз состояния здоровья человека (весь комплекс медицинских статистических параметров).

Кроме того, ведётся наблюдение и оценка состояния наиболее чувствительных к антропогенным воздействиям популяций растений и животных.

Отдельной задачей мониторинга, которая наиболее близка к инженерной промышленной экологии, является мониторинг источников и факторов антропогенного воздействия (прежде всего, имеется в виду промышленные источники антропогенного воздействия). В задачи такого промышленного мониторинга должны входить задачи обнаружения выбросов вредных веществ в атмосферу, водную среду и контроль за их распространением.

Принцип комплексной организации экологического мониторинга состоит в том, что наблюдаемое оценка и прогноз антропогенных воздействий, осуществляется в единой комплексной системе в двух режимах:

1) нормальное функционирование опасных объектов;

2) при авариях на этих объектах и в чрезвычайных ситуациях.

Идея комплексной организации мониторинга предполагает сочетание решения систематических задач мониторинга, которые вытекают из содержания проблем глобального, регионального и местного масштаба, и решения задач аварийного мониторинга.

Принцип выделения приоритетов состоит в выделении приоритетных видов контроля и объектов контроля воздушного бассейна, водной среды, литосферы, биоценозов и состояния здоровья человека.

В первую очередь в атмосфере должны контролироваться SO₂, N_xO_y, CO, O₃, пыль, углеводороды. Всего в этом перечне 51 вещество. Аналогично для водной среды: нефтепродукты, фенолы, легкоокисляемые органические вещества, соединения Сu и Zn, нитритный азот, лигнин, формальдегид, анилинметилмеркаптан.

Приоритетные виды контроля литосферы. Контроль состояния сейсмичности и прогноз, оценка загрязнения грунтовых вод в местах водозабора, контроль состояния почв и грунтов в районах горнодобывающих предприятий, контроль распространённости естественных и искусственных радионуклидов.

Принцип иерархической организации мониторинга. Система мониторинга имеет три уровня: Глобальный; Региональный; Местный.

Установить контрольный уровень загрязняющих веществ, создать систему раннего предупреждения экологической катастрофы, установить фоновые уровни для основных экосистем, завершить изучение биогеохимических циклов - цель глобального мониторинга.

Задачами экологического мониторинга на региональном уровне являются: контроль за фоновыми загрязнениями; наблюдение, оценка, прогноз трансграничных переносов вредный веществ; формирование распределённой базы данных об экологической обстановке в регионе.