Источник: http://www.cmis.csiro.au/rsm/intro/
Материалы работы: Об авторе | Реферат | Библиотека
Суть дистанционного зондирования
Пространственные структуры океана и реки Суон на этом снимке знакомы большинству жителей Западной Австралии. Озеро Монгер находится в верхней части изображения и Гарден-Айленд находится в нижнем левом углу. Окрестность Фриментл проявляется в оттенках голубого. Информация в этом разделе поможет понять, как получаются такие снимки, как создаются изображения, и как они могут быть интерпретированы, а также,некоторые почему они являются таким полезным набором данных для мониторинга состояния земель.
Что такое дистанционное зондирование?
Дистанционное зондирование является одним из наборов инструментов, доступных землеустроителям, которые предоставляют новейшую и детальную информацию о состоянии земель. Дистанционное зондирование использует приборы, установленные на спутниках или самолетах, для получения фотографий поверхности Земли.
Снимки дистанционного зондирования могут быть использованы во многих областях, например, для разведки полезных ископаемых, мониторинга океанических течений, планирования землепользования, мониторинга состояния лесных и сельскохозяйственных угодий. Уникальность данных заключается в возможности показать большие территории, а также в функции выявления свойств электромагнитными волнами, не видных человеческому глазу. Данные со спутниковых снимков отображают большие площади, чем данные аэрофотосъемки и, так как спутник регулярно пролетает над одним и тем же участком земли, он получает новую информацию каждый раз. Таким образом, изменения ландшафта и состояния земель могут быть объектом постоянного мониторинга.
В рамках проекта Land Monitor спутниковые снимки используются для представления информации о состоянии земель в данный момент времени, также предоставляются данные о солености почв и растительности для фермеров, экологов и землеуправленцев.
Одним из результатов проекта является архив спутниковых фотографий юго-западного сельскохозяйственного региона Австралии.
Чтобы получить дополнительную информацию о состоянии земель, спутниковые изображения объединяют с другими данными, такими как аэрофотосъемка, цифровые карты рельефа, ЦМР и материалы наземных съемок.
Фермеры, землеустроители и сотрудники на местах с их подробными знаниями о растительности и почвах на своих участках и регионах, могут извлечь информацию о продуктивности через обычный просмотр спутниковых изображений.
Как получают изображения со спутников?
Спутниковые датчики записывают интенсивность электромагнитного излучения (солнечный свет), отраженного от Земли на различных длинах волн.
Энергия, которая не отражается объектом, поглощается. Каждый объект имеет свой собственный уникальный спектр, некоторые из них приведены на диаграмме ниже.
Дистанционное зондирование опирается на тот факт, что такие элементы ландшафта, как куст, поле, засоленные земли и вода отражают свет в разных длинах волн. Например, траву мы видим зеленой потому, что она отражает зеленый свет и поглощает другие видимые длины волн. Это можно рассматривать как максимальную точку зеленой линии на графике спектров отражения выше. Спектр также показывает, что трава отражает даже сильнее в инфракрасной части спектра. Хотя это не может быть обнаружено человеческим глазом, а лишь зафиксировано с помощью инфракрасного датчика.
Приборы, установленные на спутниках, принимают и регистрируют энергию, которая была отражена. Детекторы чувствительны к определенным спектрам длин волн, называемых диапазоны. Спутниковые системы характеризуются диапазонами, на которых измеряется отраженная энергия. Спутник Landsat TM, который предоставляет данные на рисунке, имеет диапазоны синего, зеленого и красного длин волн в видимой части спектра, и четыре диапазона в инфракрасной (невидимой). Спутниковые приемники измеряют интенсивность отраженной энергии и записывают ее как число от 0 до 255.
Еще одна особенность, характеризующая спутниковую систему, это частота, с которой спутник зондирует определенную территорию. Спутник Landsat TM пролетает над определенной территорией каждые 16 дней. Данные по Австралии передаются на приемную станцию в Алис-Спрингс в ведении Австралийского центра по дистанционному зондированию (ACRES). Каждая фотография регулярно архивируется. Теоретически любой участок может рассматриваться каждые 16 дней для обнаружения изменений в землепользовании и состоянии земной поверхности. На практике некоторые из этих снимков непригодны, так как спутниковые сенсоры не могут принимать сигналы сквозь облака.
В целом, для проекта Land Monitor project один снимок приобретается каждый вегетационный период. Весенние изображения используются для картографирования и мониторинга земель сельскохозяйственного назначения, а летние - для растительности.
Цель обработки изображений - выявить характерные черты и их изменения с течением времени и быть уверенным, что это земная поверхность, а не помехи, вызванные влиянием атмосферы. Для этого последовательности снимков выравнивают относительно друг друга и относительно нормальной сетки карты (регистрация и устранение ошибок, погрешностей и помех) и выверяют их для ликвидации последствий влияния атмосферы.
Визуализация снимков
Спутниковые изображения, записанные в ACRES, состоят из чисел, которые являются измерениями количества энергии, отразившейся от поверхности Земли в различных волновых диапазонах. Некоторые из диапазонов, такие как инфракрасные волны, содержат много информации о темпах роста растительности и ее состоянии, но не могут рассматриваться человеческим глазом. Итак, как сделать фотографии, которые наглядно покажут изменения, не видимые для человеческих глаз? Данные представляются на экране компьютера либо на бумажном носителе, используя цвета, которые мы можем видеть. Таким образом, числовые значения различных диапазонов отображаются красным, зеленым и синим цветами на экране компьютера.
Когда красный, зеленый и синий цвета изображения сопоставляются с теми же цветами на экране компьютера, формируются полноцветные изображения. Эти снимки выглядят как данные аэрофотосъемки, так как они отображают истинные цвета объектов - зеленые деревья и трава, коричневые почвы. Когда смесь видимого и инфракрасного (невидимого) диапазонов сопоставляется с красным, зеленым и синим цветами на компьютере, создаются изображения с псевдоцветами. В этих снимках различные цвета на экране представляют собой различные интенсивности в диапазоне длин волн, которые присваиваются каждому цвету на экране. Исследования показали, что человеческий глаз различает оттенки красного лучше синего или зеленого, поэтому визуализация изображения тесно связана именно с отображением красного цвета на экране.
Решая, какие значения диапазона присвоить каким цветам на экране, выбор может быть сделан на основе соотношения значений, записанных спутником, и 256 уровней каждого цвета на экране компьютера. Хотя спутник может записывать интенсивности между 0 и 255, как правило, фактические интенсивности, связанные с землей, представляются на снимках сельскохозяйственного значения, занимающих гораздо меньший диапазон значений. Метод учета цифровых значений изображения, связанных с уровнем цветов компьютера, называется улучшение снимков. Различные улучшения качества снимков могут быть использованы для выделения определенных деталей изображения. Например, минимальная интенсивность изображения может быть установлена на уровне 0 и максимальная интенсивность изображения на цвет уровня 255. Это максимизирует числовые значения цветов на экране компьютера и показывает некоторую новую информацию по всему снимку.
Наглядно представляя различия в растительном покрове, спутниковые изображения могут также показать широкие региональные направленности в растительном покрове. Рисунок 3 ниже показывает территорию от 125 км до 115 км к северо-востоку от Мура. Чем больше красных цветов проявляется на снимке, тем шире зеленый покров поверхности. Сдвиг в цвете от юго-запада (левый нижний угол) к северо-востоку (вверху справа) появляется за счет уменьшения осадков (с 480 мм до 340 мм в год) и перехода от преимущественно глинистых почв к достаточно песчаным. Количество зеленого растительного покрова связано с очень хорошим урожаем в Каланни-Гудлендс. Желтая линия показывает границу между двумя стратификациями зон. Эти зоны обрабатываются отдельно в процессе картографирования.
Как используется эта информация?
Данные дистанционного зондирования изображений могут быть использованы в ряде разнообразных задач. Как правило, в сочетании с информацией из других источников данных и данных наземного мониторинга, получают более полную картину происходящего при учитываниии изменения структур. Ученые из CSIRO Mathematics, Informatics and Statistics и других организаций, таких как Agriculture Western Australia и Conservation and Land Management, используют данные дистанционного зондирования для мониторинга изменений и состояния земель.