Одеська державна академія

БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

Кафедра землеустрою та кадастру

ФОТОГРАММЕТРІЯ

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ З ДИСЦИПЛІНИ

„ФОТОГРАММЕТРІЯ І ДИСТАНЦІЙНЕ ЗОНДУВАННЯ”

Частина друга

Одеса 2010

Тема: ВВЕДЕННЯ І ОГЛЯД

Ефективне природокористування в сучасних умовах неможливе без оперативної об'єктивної інформації про стан земельного фонду країни. У свою чергу отримання такої інформації можливо лише з використанням дистанційних методів зондування.

Дистанційне зондування переклад американського терміну ""remote sensing" який означає, загалом, найширшому його значенні, вивчення об’єктів на відстані, тобто без безпосереднього контакту приймальних чутливих елементів апаратури (датчиків або сенсорів) з поверхнею досліджуваного об'єкту.

Випромінювання і віддзеркалення земними об'єктами радіохвиль будь-якого діапазону - об'єктивно існуюча реальність, незалежно від наявності або відсутності створених людиною джерел і приймачів такого випромінювання. В звичайній повсякденній практиці «дистанційним зондуванням» називають фотографічні і нефотографічні методи зйомок поверхні Землі або інших планет і їх природних супутників, які проводяться наземний, з літаків, космічних апаратів або інших носіїв, для вивчення стану або тематичного картографування поверхні досліджуваного тіла.

Проте класичні методи складають тільки малу частину розроблених і вживаних в даний час методів дистанційного зондування. Постійно росте значення принципово нових видів дистанційного зондування - радарних і сканерів зйомок, технічні можливості яких удосконалюються і пристосовуються до ростуть і змінюються вимог, що пред'являються до дистанційного зондування різними практичними напрямами використовування його даних. Наприклад, при одночасній зйомці місцевості в декількох спектральних діапазонах видимого і довгохвильового електромагнітного випромінювання виходять принципово нові зображення поверхні Землі. Вони припускають можливість спостережень і вимірювань принципово інших параметрів і відповідно іншій інтерпретації.

Матеріали повторних зйомок однієї і тієї ж території дозволяють встановити трансформацію земель, що відбулася, зміна площ земельних угідь. А, застосовуючи сумісний аналіз різночасних знімків, наземних даних і фондової інформації можна виявити динаміку стану угідь і визначити напрям і швидкість негативних процесів.

Можливість прискореної синхронної зйомки численних спектральних характеристик об'єктів і запис цієї величезної безлічі даних на магнітну стрічку зажадали упровадження комп'ютерної обробки результатів. Це відкрило іншу корисну сторону нових методів зондування - отримання і обробку числових (кодованих) зображень.

Сучасні методи дистанційного зондування поверхні Землі вільні від недоліків властивих традиційним методам, володіють об'єктивністю і оперативністю неприступними іншим методам збору інформації про природні ресурси Землі.

Для розуміння і правильного використовування, даних дистанційного зондування споживачу і інтерпретатору необхідно, принаймні, міні­мальне знання основ техніки зйомки і, перш за все, знання залежності спектральних яскравостей що цікавлять його об'єктів від частоти електромагнітного випромінювання, величин віддзеркалення, поглинання, пропускання, розсіяння електромагнітних хвиль вибраного діапазону на поверхні об'єкту і в атмосфері, а також проявів цих процесів в різних ландшафтних зонах Землі. При цьому необхідно звертати увагу на динаміку щорічної зміни ландшафту, ґрунтів, рослинності, і рельєфу, що вносяться в ландшафт антропогенними змінами. Нарешті, треба враховувати природні і техногенні перешкоди, що виникають при зйомці і спотворюючи спектральні сигнали об'єктів, а іноді і повністю маскуючи їх.

Засноване більш ніж на півстолітньому досвіді аерофотознімання і тематичному використовуванні її результатів дистанційне зондування широко  застосовується в географії, геології, гідрології, океанографії, сільському господарстві, метеорології, екології і т.п. З початку 70-х років нашого сторіччя дистанційне зондування Землі стало швидко розвиватися як єдиний багатодисциплінний напрям досліджень в науці і практиці.

Оцінка економічної ефективності застосування дистанційного зондування для дослідження Землі показує, що з різних галузей народного господарства і науки, галуззю в якій очікується отримання найбільшого ефекту, є сільське господарство. Унікальні особливості одержуваної при дистанційному зондуванні агроресурсів інформації дозволяють підняти інформаційне забезпечення процесу управління сільськогосподарським виробництвом на якісно новий рівень.

Досвід розвинутих країн свідчить про ефективність дистанційних досліджень Землі при інвентаризації, оцінці і контролі стану земельних угідь, контролі і оцінці стану сільськогосподарських культур по фазах вегетації, виявлення осередків ураження сільськогосподарських культур шкідниками і хворобами, прогнозі розвитку деградаційних процесів, прогнозі врожайності, контролі ходу сільськогосподарських робіт, контролі за станом меліоративних систем і водоймищ, картографуванні сільськогосподарських угідь і т.д.

Крім того в найближчому майбутньому, після розробки досконаліших космічних систем нового покоління, з більшою роздільною здатністю, дистанційні методи сприятимуть рішенню проблеми створення картографічних матеріалів для нової технології в землеробстві "охайного землеробства". Ця технологія має на увазі здійснення в різних частинах поля змінної дії (наприклад, внесення різних доз добрив і пестицидів) замість обробки поля як однорідного тіла.

Дистанційні методи зондування агроресурсів можуть і повинні стати робочим інформаційним методом. Отримання інформації при дистанційному зондуванні високо ефективно і легко піддається обробці, оскільки фіксується на магнітних носіях в цифровому вигляді і така інформація може оброблятися автоматично за допомогою сучасної обчислювальної техніки. І якщо традиційні методи дозволяють охопити обстеженнями 10-30% сільськогосподарських угідь, то дистанційними методами можна оцінити до 100% площ за один сезон.

Використовування дистанційного зондування дозволяє проводити кількісну і якісну оцінку стану ґрунтового покриву з необхідною періодичністю, одержувати інформацію з максимально можливою оперативністю, видавати своєчасні рекомендації по застосуванню регулюючих заходів.

Матеріали повторних зйомок однієї й тієї ж території дозволяють встановити трансформацію земель, що відбулася, зміна площ земельних угідь. А, застосовуючи сумісний аналіз різночасних знімків, наземних даних і фондової інформації можна виявити динаміку стану угідь і визначити напрям і швидкість негативних процесів.

Вибір видів приладів дистанційного зондування залежить від мети і задач досліджень, а також від фізичної природи самих приладів.

Прогрес в розвитку космічної індустрії, вимоги економічної ефективності і зміна ситуації в світі за останні десять років поступово зміщують направлення космічної діяльності з областей військового застосування і академічних досліджень в сферу рішення конкретних виробничих, екологічних і комерційних задач.

Поява космічних апаратів, що здійснюють зйомку поверхні Землі на регулярній основі, дає можливість проведення, як оперативної зйомки, так і накопичення обширних архівів даних дистанційного зондування Землі з космосу (космознімків). До теперішнього часу практично вся поверхня земної суші (і значна частина водної поверхні) зафіксована космічним зніманням за різних умов спостереження (пори року, часу доби, хмарності і т.д.)

Роздільна здатність сучасних сенсорів невійськового призначення досягає десятків сантиметрів, що дозволяє вирішувати задачі, здійснимі раніше тільки методами аерофотознімання або польовими дослідженнями.

Сучасна мультиспектральне космічне знімання дає унікальну можливість «бачити» одну і ту ж ділянку поверхні Землі в різних спектральних діапазонах (від ультрафіолетового до теплового і радіохвиль).

Оперативність отримання даних по заданому регіону може досягати декількох годин, починаючи з моментом ухвалення рішення про необхідність проведення робіт.

Оперативність і достовірність інформації, одержуваної на підставі аналізу даних дистанційного зондування Землі з космосу дозволяє на принципово новому рівні оптимізувати процеси ухвалення рішень і координації роботи регіональних органів управління.

Слід згадати про можливість спеціальній (замовлений) зйомці заданої території, якщо дані по досліджуваному регіону відсутні в архівах, або із тих або інших причин не задовольняють умовам поставленої задачі.

Економічна ефективність застосування даних дистанційного зондування (ДДЗ) визначається наступними чинниками (але не вичерпується ними):

• Дослідженню може бути піддана будь-яка точка земної кулі, включаючи труднодоступні і небезпечні регіони.

• Не вимагається надання наземного персоналу, організації польових робіт, експедицій, виділення додаткових ресурсів і т.д.

• Оперативність отримання даних і ефективна можливість організації контролю над станом регіону.

• Масштабність досліджень. Площа, що покривається одним знімком, може досягати десятків тисяч квадратних кілометрів. Наявність різночасових знімків одного регіону дозволяє досліджувати динаміку явища.

• Повна вартість робіт на 2-3 порядки нижче, ніж при традиційних методах дослідження.

Навряд чи можливо детально описати роль і важливість спостереження за поверхнею Землі - це і різні супутники, і кораблі багаторазового використовування, і орбітальні станції, і багато що інше. Кожна з цих систем, наповнених різними приладами і пристроями сприйняття, видає величезні потоки інформації. Оскільки число потенційних споживачів цієї інформації швидко зростає, представляється необхідним виконувати автоматичний аналіз спостережень за мінімальний час, злагоджений з терміновістю запитів.

Перелік областей, для яких вимагається виконувати орбітальні спостереження, можна було б продовжувати майже необмежено. В багатьох задачах виникає настійна необхідність автоматичної класифікації зображень.

Дійсно, якщо, наприклад, одержувач інформації цікавиться ходом зростання сільськогосподарських культур, а зображення полів закриті густою хмарністю, то немає значення аналізувати їх. І навпаки, якщо для споживача представляє інтерес хмарний покрив, то такі зображення містять важливі ознаки, і вони повинні бути йому направлені.

З вищевикладеного видно, що дистанційні методи зондування природних ресурсів мають ряд істотних переваг перед традиційними, а саме:

• більш високий ступінь інформативності,

• можливість проведення кількісної і якісної оцінки стану агроландшафтів з необхідною періодичністю,

• отримання оперативної інформації, обробці, що легко піддається, і дозволяє своєчасно видавати рекомендації по застосуванню регулюючих заходів,

• проводити спільний аналіз різночасних даних дозволяє виявити динаміку стану земельних угідь,

• визначити напрям і швидкість негативних процесів.

На сьогоднішній день для створення систем оперативної інформації про стан земельних ресурсів в Україні є всі умови, які базуються на існуючих системах наземних і аерокосмічних спостережень і методах дистанційного зондування.

Підвищене антропогенне навантаження на ґрунт приводить до прискорення зміни її головних складових частин, як в кількісному, так і в якісному відношенні, що сприяє деградації і дегуміфікації ґрунтів, зменшенню їх родючості. Таке положення, а також перехід до нових форм власності на землю  викликає необхідність оцінки її в стислі терміни.

В основі якісної оцінки ґрунтів повинен бути використаний кількісний підхід, що дозволяє розрізняти ґрунти не по назві, а по формалізованих показниках, що дає можливість повністю виключити вплив суб'єктивних чинників. Це дозволить порівнювати ґрунти по їх потенційній родючості і розробити методи управління ефективною родючістю.

Не дослідженим донині питанням є вплив на родючість характеру використовування земельних ресурсів залежно від культури землеробства і форм господарювання. Його вивчення дозволить порівняти різні (колективні, фермерські або приватні) господарства і дати необхідні рекомендації, у випадку якщо виявиться погіршення фізико-хімічних показників ґрунту.

Тема: ФІЗИЧНІ ОСНОВИ ДИСТАНЦІЙНОГО ЗОНДУВАННЯ