Тикунов В. С. Геоинформатика. ГИС и дистанционное зондирование.

Скачать полную версию учебника (с рисунками, формулами, картами, схемами и таблицами) одним файлом в формате MS Office Word Скачать книгу

Глава 3. ГИС КАК ОСНОВА ИНТЕГРАЦИИ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДАННЫХ И ТЕХНОЛОГИЙ

3.1. ГИС и дистанционное зондирование

Данные дистанционного зондирования (ДДЗ) — важнейший источник оперативной и современной информации о природной среде для тематических слоев в ГИС, для поддержания данных в актуальном состоянии и других целей. ГИС-технологии способствуют их эффективному совместному использованию.
При изучении земной поверхности дистанционными методами носителем информации об объектах является их излучение, как собственное, так и отраженное (см. 2.1.1). Фиксируемые характеристики излучения зависят от пространственного положения, свойств и состояния объекта, что и способствует его дистанционной идентификации.
Большую часть данных дистанционного зондирования составляют снимки, которые дают возможность получения сведений об объекте в виде изображения в цифровой (данные, передаваемые на наземную станцию, как правило, по радиоканалам или фиксируемые на борту на магнитных носителях) или аналоговой (фотографии) формах. Цифровые данные представляют интегральное излучение площадки на земной поверхности, соответствующей элементу изображения — пикселу. Если измерения ведутся в нескольких различных частях электромагнитного спектра — спектральных зонах, то такие снимки называются многозональными (рис. 32).

Рис. 32. Пиксел и зоны растрового изображения (доступно при скачивании полной версии книги)

Отраженное излучение характеризует отражательную способность объекта, представляемую значениями спектральной плотности энергетической яркости, которую измеряют с помощью дистанционного датчика. Получаемые в результате величины переводятся в дискретные безразмерные цифровые значения, соответствующие характеристикам отражательной способности. В отечественной литературе они называются коэффициентами спектральной яркости или короче — спектральной яркостью. Записанные посредством регистрирующего устройства цифровые значения изменяются в пределах радиометрического битового диапазона, ширина которого зависит от характеристик датчика — обычно это интервал 0-255. На изображении эти значения соответствуют оттенкам серой шкалы: 0 представляет абсолютно черный объект, 255 — абсолютно белый, а промежуточные значения соответствуют различным оттенкам серого цвета. Таким образом, детектор любого спутникового датчика регистрирует определенную часть электромагнитного спектра, а получаемые им спектральные яркости занимают часть битового диапазона.
Изучение характеристик отражательной способности дает теоретическую основу для интерпретации объектов по набору их спектральных яркостей или их отношениям. В этой области классическими являются исследования Е.Л.Кринова [Е.Л.Кринов, 1947], разработавшего спектрометрическую классификацию природных образований в видимой области спектра, которые затем были продолжены и в инфракрасную (ИК) область. Все многообразие объектов ландшафта он разделил на четыре класса, каждый из которых отличается своеобразной кривой спектральной яркости (рис. 33) [Ю. Ф. Книжников, 1997]:
I класс — горные породы и почвы — характеризуется увеличением спектральных яркостей по мере приближения к красной зоне спектра;
II класс — растительный покров — отличается характерным максимумом отражательной способности в зеленой, минимумом — в красной и резким увеличением отражения в ближней инфракрасной зонах. В зеленой и красной зонах такое поведение связано соответственно с отражением и поглощением лучей хлорофиллом, а большие значения в ИК-зоне объясняются пропусканием инфракрасных лучей хлорофиллом и отражением их внутренними тканями листьев, т. е. зависит от структуры лиственного покрова.
III класс — водные поверхности — характеризуются монотонным уменьшением отражательной способности от сине-фиолетовой к красной зоне спектра, поскольку с увеличением длины волны сильнее поглощаются водой;
IV класс — снежные поверхности и близкие к ним облака — обладают наиболее высокими значениями спектральной яркости с небольшим их понижением в ближней ИК-зоне. Понижение резко увеличивается при насыщении снега водой.

Рис. 33. Спектральная отражательная способность основных классов природных объектов (серым цветом показаны зоны атмосферного поглощения) (доступно при скачивании полной версии книги)

Спектральная отражательная способность различается и у объектов одного класса, что связано с различными факторами: экологическое состояние объекта, увлажненность, гранулометрический состав и т. п. Многозональные снимки отражают специфику различных объектов, проявляющуюся в отражении в каждой из узких зон. Системы получения данных ДЗ проектируют так, чтобы фиксировать эту специфику, но в разных системах выбирают разные наборы зон и разные значения в их пределах с учетом назначения съемок. В видимой области спектра специфика проявляется и в цветовых различиях.
На цифровых радиолокационных снимках, получаемых в диапазоне 1 мм — 1 м, фиксируется структура («шероховатость») поверхности, а цифровые значения соответствуют разности высот поверхности, включая рельеф и микрорельеф, высоты объектов (деревьев, травы и т.п.). По таким снимкам изучают поверхностные загрязнения и поведение вод океанов, озер и других водных
бассейнов, а также структуру их дна, поскольку поверхностные вихри, зыбь и волны во многом зависят от его характера.
Исследования показывают, что комбинирование данных радиолокации и полученных в видимой и ИК-областях спектра обеспечивают более полную картину земной поверхности, что существенно расширяет сферу их применения.

Скачать полную версию учебника (с рисунками, формулами, картами, схемами и таблицами) одним файлом в формате MS Office Word Скачать книгу