Анализ данных дистанционного зондирования (ДДЗ), применяемых для ландшафтно-экологического картографирования
Рубрика: Технические науки
Статья просмотрена: 1824 раза
Библиографическое описание:
Беленко, В. В. Анализ данных дистанционного зондирования (ДДЗ), применяемых для ландшафтно-экологического картографирования / В. В. Беленко. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2009. — № 10 (10). — С. 34-36. — URL: https://moluch.ru/archive/10/741/ (дата обращения: 04.03.2021).
В статье проанализированы современные аэрокосмические системы получения данных дистанционного зондирования, наиболее полно отвечающие требованиям крупномасштабного ладшафтно-экологического картографирования.
In article modern space systems of data acquisition of the remote sounding, most full meeting the requirements of large-scale landscape-ecological mapping are analyzed.
На сегодняшний день материалы разных видов аэрокосмических съемок применяются в различных географических, народнохозяйственных, ландшафтных и экологических направлениях исследования Земли. Материалы дистанционного зондирования получают в результате неконтактной съемки с летательных воздушных (самолетов, дирижаблей) и космических аппаратов. Полученные данные разнообразны по масштабу, геометрическому разрешению и различным спектральным набором (т.е. снимки, полученные в разных, а порой и достаточно в узких зонах электромагнитного спектра). Главными достоинствами аэрокосмических изображений считаются их высокая детальность, одномоментный охват обширных территорий, возможность регулярно проводить съемки на одну и ту же территорию. Съемки производят в видимой, ближней инфракрасной, тепловой инфракрасной, радиоволновой и ультрафиолетовой зонах электромагнитного спектра.
Поскольку на аэрокосмических снимках одновременно изображаются все компоненты природной среды и отражаются их взаимосвязи, они наиболее ценны для ландшафтного и экологического картографирования. Двумерная, а иногда и трехмерная модель поверхности земли (стереоскопические снимки), отображаемая на аэрокосмических снимках, обладает очень важными свойствами: 1) адекватность по геосистемной размерности объектов мелкомасштабных исследований – ландшафтам и вышестоящим единицам физико-географического районирования; 2) целостность и структурная дифференцированность; 3) отражение благодаря оптической генерализации главных свойств ландшафтной структуры; 4) не только пространственная, но и пространственно-временная информативность; 5) многоярусность; 6) иерархичность; 7) широкий охват диапазона геосистемных уровней.
Основными компонентами ландшафта являются почвы, растительность, климат, рельеф, вода, животный мир и др. Но для исследования дистанционными методами подходят лишь почвы, растительность, рельеф и вода. Ниже рассмотрим более подробно.
В настоящее время на территорию России систематически производятся космические съемки. Широкий ассортимент космических снимков и материалов их первичной обработки – по видам, масштабам, спектральным диапазонам — позволяет осуществлять целенаправленный ее отбор при картографировании отдельных аспектов состояний и условий природной среды. Существующая космическая информация дает возможность использовать как для составления картографических основ, так и для создания тематических экологических карт различного содержания.
Для полного и всестороннего анализа экологических условий целесо6разно использовать комплекс материалов космической съемки и аэросъемки: разномасштабные, разновременные, разноспектральные снимки
Современная космическая информация отвечает многим требованиям ландшафтно-экологического изучения и картографирования территории. Она обеспечивает изучение больших площадей, состояние которых зафиксировано практически на единый момент времени; выявление экологических условий в их взаимосвязи и взаимовлиянии друг на друга, что позволяет рассматривать среду обитания человека, растений и животных как единую систему. Достаточно полно требованиям экологического картографирования удовлетворяют многозональные съемки в видимом диапазоне, имеющие различные узкие спектральные диапазоны (табл.1).
Таблица 1. Применения космической съемки при составлении экологических карт
Спектральный диапазон, нм
Основной интерпретируемый объект при составлении экологических карт
Черно-белая в широком диапазоне
Растительность, почвы, грунты, геоморфологические объекты, подземные и поверхностные воды, ландшафты.
Подводная растительность, почвы, грунты.
Геоморфологические объекты, почвы, горные породы, дороги, населенные пункты.
Гидрография, увлажненность, растительность, почвы
Растительность, почвы, ландшафты
Растительность, почвы, ландшафты
Следует сказать, что в последние 2-3 года начинают использовать материалы космических съемок в сантиметровом и дециметровом диапазонах, обладающих высоким пространственным и энергетическим разрешением. Для этого подходят радарные космические спутники TERRASARX, ALOS(PALSAR).
В зависимости от задач исследования могут использоваться снимки, выполненные в более узких зонах спектра, например 460-500, 520-560, 580-620, 640-680 нм и др., или четырех зонах электромагнитного спектра: синей — 400-500, зеленой — 500-600, красной — 600-700, ближней инфракрасной 700-900 нм.
Наиболее информативными при экологическом картографировании, являются черно-белые снимки, выполненные в зонах 460-740 или 600-700 нм, и цветные синтезированные изображения, которые могут быть получены от 2-х до 4-х зон электромагнитного спектра. Для этого подойдут данные со спутников QuickBird, Formosat-2, ALOS (Prism, Avnir-2), Ikonos, OrbView-3.
Для целей комплексного картографирования экологических условий природной среды и ее динамики обычно используются исходные космические снимки, а также разномасштабно увеличенные (черно-белые, полученные либо в широком диапазоне электромагнитного спектра, либо в одной из узких зон видимого спектра; цветные, обладающие цветопередачей, близкой к естественной; цветные спектрозональные и синтезированные изображения, выполненные в условных цветах) [1, c.44].
Для дешифрирования некоторых экологических характеристик и специфических экологических условий лучше использовать зональные синтезированные изображения многозональныx аэрокосмических съемок.
Набор снимков исследуемого участка местности, полученных одновременно в разных зонах электромагнитного спектра, дает комплексную характеристику местности и позволяет получить достоверную и детальную информацию о природной среде не только о ее физиономичных объектах, но и некоторых скрытых компонентах ландшафта. При картографировании следует учитывать, что каждый уровень генерализации, так же как и каждая спектральная зона, несет определенную информацию о природной среде и, следовательно, характеризуется различной информативностью.
При общей оценке информативности снимка в какой-либо одной зоне электромагнитного спектра в целом нельзя отдать предпочтение этому снимку, но при решении конкретных задач, например при оценке степени различия морфологических элементов ландшафта, уточнении гидрографических объектов, определении характера, строения и состояния растительного покрова, выделении характерных типов, видов и разновидностей почв и т. п., прослеживается явное преимущество тех или иных спектральных зон. Причем информативность снимков, выполненных в разных зонах спектра, изменяется не только в зависимости от решаемой задачи, но также от района и сезона съемки. И только набор снимков одного и того же участка местности, полученных одновременно в разные сезоны и в различных зонах спектра, может дать многостороннюю характеристику природной среды. Так как каждому типу ландшафта в пределах определенной географической зоны свойственны свои взаимосвязи закономерности, то и признаки дешифрирования природных объектов будут иметь местный характер. Следовательно, и требования к космической информации локальны. Например, для ландшафтных исследований в лесной зоне предпочтительно использовать снимки, полученные летом в зоне 600-700 нм; для уточнения морфологического сложения некоторых ландшафтов — снимки выполненные в зоне спектра 500-600 нм, для уточнения гидрографических объектов — снимки в зоне спектра 700-800 нм. Для ландшафтных исследований в полупустыне наиболее информативными спектральными зонами являются 640-740, 580-620, 520-620 нм [1, c.41].
При геоморфологических исследованиях могут использоваться снимки разных зон. Для картографирования рельефа в полупустыне наиболее информативны снимки в спектральной зоне 580-680 нм, полученные при съемке осенью, а в сухой степи — летом; в полупустыне летние снимки лучше в зоне спектра 520-560 нм. Литологические разности коренных и четвертичных отложений лучше отражаются в зоне спектра 520-560 нм; рыхлые четвертичные Отложения — в зоне 500-600 нм. Для этого наиболее пригодны данные со следующих космических спутников: WorldView-1, WorldView-2, GeoEye-1-оптко-электронные, Envisat, Radarsat-2 – радарные.
Для дешифрирования растительного покрова достоверные результаты получаются при использовании спектрозональных космических снимков, а также черно-белых, выполненных в зонах спектра 660-720 или 600-700 нм, обеспечивающих наибольшую четкость и наилучшее пространственное разрешение. Спектрозональные изображения повышают достоверность дифференциации различных типологических и территориальных категорий растительного покрова. Снимки, полученные в зонах 520-560, 640-680, 820-890 нм, являются наиболее информативными при определении поврежденных энтомовредителями лесов. При инфекционных болезнях леса наиболее информативен диапазон 640-680 нм. Хорошие результаты при типологическом дешифрировании растительности дают синтезированные цветные изображения. Для этого используют следующие космические аппараты: RapidEye, ALOS (Prism, Avnir-2), Resourcesat-1 (IRS-P6), Landsat-7, Kompsat-2, Ресурс ДК, Cosmo-SkyMed 1, 2, 3, 4, IRS-1C/1D.
При исследовании гидрогеологических условий основное внимание уделяется изучению распределения их индикаторов. Так как грунтовые воды и их характеристики не имеют непосредственного отражения на космических снимках, то получение информации о них основано на использовании различных физиономичных, чaстныx и комплексных индикаторов, имеющих отражение на дистанционных материалах, и комплексном анализе физико-географических и геологических условий, обусловливающих формирование и накопление подземных вод.
При гидрогеологическом картографировании космические снимки обеспечивают выделение контуров, различающихся по рисунку изображения, интерпретация которых возможна при применении ландшафтно-индикационных закономерностей. Для этого целесообразно использование тех зональных снимков, на которых эти индикаторы наиболее четко отображаются практически при обнаружении грунтовых вод и определении их характеристик наиболее частными индикаторами выступают сочетания и растительности и рельефа, поэтому наиболее информативными и снимками при дешифрировании грунтовых вод следует считать те, которые являются информативными для определения этих физиономичных компонентов ландшафта.
Наиболее информативными при изучении и картографировании почвенного покрова признаны снимки, полученные в зонах электромагнитного спектра 460-580 и 600-700 нм, и спектральные снимки весеннего и осеннего сроков, в которых лучше всего отражается комплексность почвенно-растительного покрова. Для определения отдельных экологических свойств почв на наиболее информативными оказались: зона 700-740 нм — для дешифрирования влажности; 460-580 нм — для установления солончаков и засоленных почв; 520-560 нм — для определения механического состава почв. Для картографирования состояния почвенного покрова и его характеристик подходят данные со следующих космических спутников: Ресурс ДК, Ikonos, GeoEye-1, Spot-5, EO-1 (Hyperion, ALI) (данный спутник специально предназначен для почвенного картографирования),
Большое значение для выполнения экологических наблюдений над объектами природной среды могут дать материалы повторной съемки. Синтезированные цветные изображения, полученные в результате синтеза разновременных космических снимков одной и той же местности с сопоставимыми технологическими условиями съемки, позволяют получить наглядное представление о динамике экзогенных процессов природной среды.
Требования к сезонам cъeмки при решении ряда экологических задач, довольно разнообразны. Однако опыт показывает, что большинство требований может быть удовлетворено при наличии двух вариантов съемки: 1) летняя съемка для обеспечения изучения экологических условий и их динамики в гумидных зонах и 2) трехсезонная съемка (весна-лето-осень) — для районов аридной и субаридной зон [1, c.49].
Таким образом, в статье мы рассмотрели современные данные дистанционного зондирования, которые наиболее полно отвечают требованиям ландшафтно-экологического картографирования. Для этого применяются различные по способу съемки съемочные аэрокосмические аппараты, от оптико-электронных до радарных, которые в последнее время все больше и больше применяются в ландшафтно-экологическом картографировании.
1. Востокова Е.А. Экологическое картографирование на основе космической информации. М.: Недра, 1988.-223 с.
Источник статьи: http://moluch.ru/archive/10/741/
