• Дистанционное Зондирование Земли Учебник

1 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮСАНКТ- ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ ЗЕМЛИ Воробьева Алиса Андреевна Санкт-Петербург 2012 2 Учебно-методическое пособие посвящено дистанционному зондированию Земли, приводятся основные сведениях о методах и способах проведения дистанционного зондирования, в том числе с помощью аэрокосмической съемки. Приводится информация по этапам проведения дистанционного зондирования, различным видам снимков, их обработке и дешифрованию. Методическое пособие рекомендовано для магистров направления подготовки «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», магистерская программа «Геоинформационные системы».

Кашкин В.Б., Сухинин А.И. - Дистанционное зондирование Земли из космоса. Цифровая обработка.

Специфика требований к информации дистанционного зондирования Земли при решении. Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ)– получение информации о поверхности Земли и объектах на ней, атмосфере, океане, верхнем слое.

13 Рисунок 3. Идеальная схема дистанционного зондирования. Конечно, на практике идеальной системы дистанционного зондирования не существует в силу следующих причин: 1. Ни один источник не способен обеспечить однородность потока излучения как в пространстве, так и во времени.

Из-за взаимодействия излучения с газами атмосферы, молекулами 1. Водяного пара и атмосферными частицами изменяется интенсивность излучения и его спектр. Одно и то же вещество при разных условиях может иметь разную спектральную чувствительность. В то же время, спектральная чувствительность разных веществ может совпадать.

На практике не существует идеального сенсора, с помощью которого можно было бы регистрировать все длины волн электромагнитного спектра. Из-за технических ограничений передача данных и их интерпретация иногда выполняются с задержкой по времени. Формат передаваемых данных также может отличаться от того, который требуется потребителю, и в результате потребитель получает данные в нужном формате лишь спустя некоторое время. Потребители могут не обладать необходимой информацией о параметрах сбора данных ДЗ и не иметь достаточного опыта для их анализа и дешифрирования.

Дистанционное Зондирование Земли Учебник

История развития методов дистанционного зондирования и современное состояние аэрокосмического зондирования. Дистанционные методы применяются в исследованиях Земли очень давно. Вначале использовались рисованные снимки, которые фиксировали пространственное расположение изучаемых объектов. С изобретением фотографии возникла наземная фототеодолитная съемка, при которой по 13 14 перспективным фотоснимкам составляли карты горных районов.

Развитие авиации обеспечило получение аэрофотоснимков с изображением местности сверху, в плане. Это вооружило науки о Земле мощным средством исследований - аэрометодами. Понятие дистанционного зондирования появилось в XIX веке вслед за изобретением фотографии, а одной из первых областей, в которых стали применять этот метод, стала астрономия.

Впоследствии, дистанционное зондирование начали использовать в военной области для сбора информации о противнике и принятия стратегических решений. Во время Гражданской войны в США фотоснимки, полученные с помощью неуправляемых летательных аппаратов, служили для наблюдения за перемещением войск, подвозом припасов, ходом фортификационных работ и для оценки эффекта артиллерийских обстрелов. В результате исследований, которые финансировались различными государствами, были разработаны технологии, позволившие создать сенсоры сначала для военных целей, а затем и для гражданского применения этого метода.

После Второй мировой войны метод дистанционного зондирования стали использовать для наблюдения за окружающей средой и оценки развития территорий, а также в гражданской картографии. В 60-х годах XX века, с появлением космических ракет и спутников, дистанционное зондирование вышло в космос. Новая эра дистанционного зондирования связана с пилотируемыми космическими полетами, разведывательными, метеорологическими и ресурсными спутниками. Возможности ДЗ в военной области значительно возросли после 1960 года в результате запуска разведывательных спутников в рамках программ CORONA, ARGON и LANYARD, целью которых было получение фотоснимков с низких орбит.

Вскоре были получены стереопары снимков с разрешением 2 метра. Первые спутники работали на орбите от семи до восьми дней, но уже следующие поколения этих аппаратов были способны поставлять данные в течение нескольких месяцев. В результате осуществления программ пилотируемых полетов, которые были начаты в США в 1961 году, человек впервые высадился на поверхность Луны (1969 г.). 72 Рисунок 24. Общая схема анализа данных дистанционного зондирования Обучающая выборка была сформирована с помощью программы ERDAS Imagine (Рисунок 23).

По результатам статистических расчетов для этой выборки среднее расхождение составило 1999, что указывает на хорошее разделение всех выделенных классов в спектральной области. Для классификации снимков использовали критерий минимального расстояния и критерий максимального правдоподобия.

Результаты показаны на Рисунках 25 и 26. Общая точность классификации составила 90% для критерия минимального расстояния и 94% для критерия максимального правдоподобия при значениях коэффициента каппа 0,89 и 0,94 соответственно. Снимок, классифицированный с использованием критерия минимального расстояния 72 73 Рисунок 26. Снимок, классифицированный с использованием критерия максимального правдоподобия Сельское хозяйство Типичные сельскохозяйственные культуры отличаются сильным поглощением в видимой части спектра (от 0,4 до 0,7 мкм), высокой отражательной способностью в ближнем инфракрасном диапазоне и характерными окнами поглощения на длинах волн 1,45, 1,95 и 2,6 мкм.

Спектральные характеристики листового полога зависят от его структуры и других факторов - например, от листовой поверхности, плотности посевов, стадии роста, климатических условий и т. Важны также тип почвы и ее влажность. Различные виды растительности отличаются строением, вегетационным периодом и другими характеристиками, которые по-разному проявляются на космических снимках. Некоторые из этих характеристик используются для оценки посевных площадей, прогноза урожая и определения состояния растительности. В частности, хорошим индикатором зрелости сельскохозяйственных культур является отношение спектральных яркостей в ближнем инфракрасном и красном диапазонах. Одной из самых важных характеристик отражательной способности сухих почв является увеличение отражательной способности с увеличением длины волны, особенно в видимом и ближнем ИК диапазонах спектра. Однако почва представляет собой сложную смесь минеральных и органических веществ, обладающих различными физическими и химическими свойствами, которые могут влиять на ее поглощательную и отражательную способность.

Содержание влаги, количество органического вещества, окиси железа, содержание глины, пыли и песка, характеристики шероховатости поверхности все это сильно влияет на спектральную отражательную способность почвы. Оптические свойства почвы определяются в первую очередь ее минеральным составом, поскольку почва является результатом выветривания горных пород. Спектр отражения почвы является композицией спектров отражения ее минеральных компонентов. Подобно минералам почвы 73 74 характеризуются увеличением отражения от видимой к коротковолновой инфракрасной области с полосами поглощения 1.4 мкм и 1.9 мкм, связанными с влажностью почвы. Другим фактором, определяющим спектральные свойства почвы, является ее влажность. Увеличение влажности одной и той же почвы ведет к появлению параллельных спектров отражения. Это значит, что влажность почвы влияет на весь спектр в целом и отношение между спектральными каналами, например красным и инфракрасным, не зависит от влажности почвы.

Таким образом, можно представить прямую линию, связывающую отражение в красной и инфракрасной области спектра. Так называемая почвенная линия является характеристикой типа почвы и служит для определения некоторых индексов растительности, которые позволяют отделить спектральные свойства верхнего полога растительности от свойств почвы. Почвенная линия вычисляется методом наименьших квадратов и представляется в виде: Nirsoil=a redsoil+b, где redsoil отражение почвы в красной области, nirsoil отражение почвы в 74 75 ближней инфракрасной области, a,b параметры, оценивающиеся методом наименьших квадратов. Другие каналы в видимой части спектра (синий, зеленый) могут быть использованы вместо красного. Третьим фактором, определяющим спектральные свойства почв, является содержание органического вещества, которое оказывает слабый эффект в области около 1.8 мкм.

Этот фактор влияет опосредованно через структуру почвы и способность сохранять влагу. Последний фактор, влияющий на спектральные свойства почвы, это шероховатость, связанная с ее структурой. Экспериментальные данные показывают, что альбедо почвы возрастает с уменьшением частиц почвы данного типа.

Действительно, крупные частицы почвы дают шероховатую поверхность, которая улавливает свет. Это изменение в распределении света и тени вызывает вариации отражательных свойств почвы, что наиболее характерно для отражения в дальней инфракрасной и микроволновой области спектра. Оптические свойства зеленых листьев одинаковы для всех типов растительности. Здоровый зеленый лист имеет типичные свойства отражения, которые отличаются в функциях трех спектральных областей. В видимой части спектра ( нм) поглощение света пигментами листа преобладает над отражением и ведет к общему низкому отражению (15% максимум).

Имеются две основные полосы поглощения: синяя (450 нм) и красная (670 нм), вследствие поглощения двух основных листовых пигментов: хлорофилла А и Б, которые составляют около 65% листовых пигментов высших растений. Эти сильные полосы поглощения определяют пик отражения в желто-зеленой полосе (550 нм). По этой причине хлорофилл называют зеленым пигментом.

Другие пигменты также имеют большое значение для видимого спектра листа. Например, пигмент каротин от желтого до оранжево-красного цвета имеет сильную полосу поглощения в 75 76 области нм и отвечает за расцветку некоторых цветов и фруктов, а также цвет листьев без хлорофилла осенью. В ближней ИК области ( нм) оптические свойства листа объясняются его структурой. Листовые пигменты и целлюлоза прозрачны для волн ближнего инфракрасного диапазона, и поэтому поглощение их листом очень мало (10% максимум), а отражение и пропускание высоки и могут достигать величины 50%.

В этой области спектра имеется характерное плато в спектре листа. Уровень (высота) этого плато определяется внутренней структурой листа, а также величиной промежутков мезофилла, что определяет поверхности с различными коэффициентами преломления (клетки воды и воздуха).

Отражательная способность (альбедо) листа увеличивается для более разнородных форм клеток и их структуры, а также с увеличением количества слоев клеток, размера пространства между клетками и размером клетки. Альбедо таким образом зависит от относительной толщины мезофилла. Ближний инфракрасный диапазон имеет два основных интерва ла: (1) между 700 и 1100 нм, где отражательная способность высока, исключая две полосы поглощения воды (960 и 1100 нм), и (2) между 1100 и 1300 нм, которая соответствует переходу между высокой отражательной способностью в ближней ИК области и зонами поглощения, связанными с водой в коротковолновой части ИК диапазона.

Последний оптический отрезок это коротковолновой ИК диапазон ( нм), характеризующийся слабой поглощаемостью водой в листе. Поскольку молекулы воды поглощают радиацию строго в 1450, 1950 и 2500 нм, эти длины волн не могут использоваться для измерения отражательной способности. На других длинах волн коротковолнового ИК диапазона коэффициент отражения увеличивается с уменьшением количества жидкости внутри листа. Во всех трех основных спектральных диапазонах факторами, определяющими оптические свойства листа, являются: внутренняя и внешняя структура, возраст, содержание воды, минералов и состояние. Для минимизации влияния на радиометрические свойства полога растительности таких факторов, как оптические свойства почвы, освещение, геометрия наблюдения или измерения, а также метеорологических факторов (ветер, облака), отражательные способности в отдельных областях, характеризующиеся коэффициентами отражения, комбинируются в вегетационные индексы. Идеальный вегетационный индекс должен быть чувствителен только к пологу растительности (зеленая часть), и не чувствителен к почве. Кроме того, он должен быть менее чувствителен к влиянию атмосферы, хотя значения отражательной способности должны пройти в идеальном случае операцию геометрической и атмосферной коррекции до вычисления вегетационного индекса.

Известны по крайней мере пятьдесят различных вегетационных индексов. Наиболее часто используются индексы, представляющие собой отношение коэффициентов отражения в отдельных зонах спектра или их линейных комбинаций. Деление позволяет устранить искажения, вызванные в каждом канале 76 77 одними и теми же причинами. Вегетационные индексы на основе отношения могут быть вычислены не по значениям коэффициентов отражения или альбедо, а по значениям яркости, если яркость измерена при тех же условиях освещенности (то есть без перехода к физическим величинам спектральной плотности энергетической яркости). Большинство вегетационных индексов, основанных на отношении, используют красный канал, который связан с поглощением света хлорофиллом, и ближний инфракрасный канал, который связан с плотностью зеленой растительности, потому что два эти канала содержат более 90% информации о растительном пологе. В красном и ближнем ИК каналах различия между растительностью и почвой максимальны.

Первый вегетационный индекс является отношением яркостей, который вычисляется по формуле (Pearson and Miller, 1972): где nir = отражение в ближней ИК зоне, red = отражение в красной зоне. Вегетационный индекс нормированной разности (NDVI) вычисляется по следующей формуле: где nir = отражение в ближней ИК зоне, red = отражение в красной зоне NDVI имеет следующие интервалы значений: растительность: 0. 88 Рисунок 33. Методика картографирования в интересах регионального планирования Предупреждение и борьба с последствиями чрезвычайных происшествий Термин «природная катастрофа» означает аномальное состояние окружающей среды, отрицательное влияние которого на людей, животных и растительность превосходит некоторый критический уровень. Несмотря на общий характер этого определения, в каждом отдельном случае критический уровень может зависеть от множества факторов, в том числе экономических и психологических. Примерами природных катастроф, которые в некоторых местах Земли происходят достаточно регулярно, являются землетрясения, наводнения, циклоны, лавины, оползни, цунами, засухи и лесные пожары.

Временной масштаб этих явлений представлен в Таблице 9. Некоторые природные катастрофы например, землетрясения, оползни и цунами - связаны с определенными геологическими структурами. Данные дистанционного зондирования, благодаря охвату и периодичности 88.

Радиотепловое дистанционное зондирование Земли, физические основы, в 2 т, Шарков Е.А., 2014. Книга представляет собой первое в отечественной научной литературе летальное рассмотрение физических основ радиотеплового дистанционного зондирования Земли.

Том 1 посвящен рассмотрению вопросов роли микроволновых методов и средств в обшей системе многоволнового дистанционного зондирования, описанию случайных сигналов и полей, методологии построения высокочувствительных микроволновых приемников шумовых сигналов, а также основных характеристик полей собственного излучения и антенных систем. Представлены фундаментальные основы тепловых флуктуации электромагнитного поля, включая законы чернотельного излучения и радиоизлучения серых тел, а также основные релаксационные модели диэлектрических свойств и излучательные характеристики водных сред и земных покровов. Рассмотрены феноменологические основы теории переноса излучения (макромодель) для полидисперсных систем различных классов в атмосфере Земли и в приводном слое над морской поверхностью, а также основы квантовомеханической модели теории переноса для селективных излучений газовых компонент земной атмосферы.

ВОЛНОВАЯ ПРИРОДА И СПЕКТР ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ. Излучение, распространение и взаимодействие электромагнитной энергии с физическими телами может быть рассмотрено и описано с двух тождественных точек зрения: классической электромагнитной волновой теории и квантовой механики. Согласно классической электромагнитной теории Максвелла энергия излучения распространяется в виде электромагнитных волн, а в соответствии с квантово-механическим подходом — в виде отдельных дискретных квантов. Оба этих подхода применяются в задачах дистанционного зондирования в равной мере. Результаты электромагнитной теории широко используются для расчёта радиационных свойств физических поверхностей (вода, суша), таких как степень черноты и отражательная способность сред, а также при проектировании и создании радиофизических приборов дистанционного зондирования. Результаты квантовой теории используются при определении энергии излучения, испускаемой физическими телами в данном частотной диапазоне и зависимости от его физической температуры, а также при исследовании радиационных свойств газов, которые можно объяснить и рассчитать только с позиций квантовой механики.

При исследовании же природных систем (например, излучение гидрометеоров в земной газовой атмосфере) фундаментальные результаты были получены при использовании смешанных подходов. Важно отметить, что строгое квантовомеханическое рассмотрение взаимодействия излучения с веществом приводит в целом ряде важных применений к уравнениям и результатам, которые в значительной степени подобны классическому подходу. По этой причине при решении практических задач дистанционного зондирования исследователи придерживаются волновой теории, так как она имеет несомненные большие преимущества как в наблюдательной практике дистанционного зондирования, так при разработке и эксплуатации дистанционных приборов.

Оглавление Предисловие Глава 1. Научные и прикладные аспекты дистанционного зондирования. Что такое дистанционное зондирование? Волновая природа и спектр электромагнитного излучения. Пассивное и активное зондирование. Тепловое излучение: роль и источники.

Распознавание и понимание микроволновых сигнатур. Основные положения волновой электромагнитной теории. Случайные сигналы и поля. Детерминированное и стохастическое описание природных процессов.

Основные характеристики случайных процессов. Основы корреляционной теории случайных процессов. Квазиэргодические процессы. Виды спектров. Линейные и нелинейные системы и среды. Нелинейные преобразования случайных процессов.

Измерение интенсивности шумового сигнала. Микроволновые радиометры: функции, схемы построения, характеристики. Основные типы пассивных микроволновых устройств. Основные элементы пассивного микроволнового радиометра и их функции.

Язык эквивалентных схем: антенная, радио-яркостная и шумовая температуры. Компенсационная схема измерения шумового сигнала. Флуктуационный порог чувствительности радиометрических систем. Модуляционный метод измерения шумового сигнала.

Экспериментальные методы измерения порога чувствительности. Измерения частотных характеристик радиометрических систем методами фурье-спектроскопии. Основные схемы усилительных устройств. Предельные чувствительности радиометрических систем. Тепловые флуктуации и их фундаментальные закономерности. Тепловое излучение и тепловые флуктуации: исторический аспект.

Флуктуационно-диссипационная теорема: качественный подход. Тепловые флуктуации в электродинамике. Локальное термодинамическое равновесие.

Поля излучения и антенные системы. Основные характеристики поля излучения. Микроволновые антенны и их характеристики. Связь антенной и яркостной температуры в поле излучения. Коэффициент рассеяния антенн. Антенная температура с потерями. Пространственно-временная динамика при пассивном дистанционном зондировании.

Уравнение антенного сглаживания. Внешняя калибровка радиотепловых комплексов: метод контрастных полупространств. Антенные параметры радиотеплового самолётного комплекса. Антенные параметры радиотепловых космических комплексов. Глава 6.Законы чёрнотельного излучения § 6.1. Модель абсолютно чёрного тела. Исторические аспекты § 6.2.

Jun 20, 2017 - Geek Uninstaller Free;; IObit Uninstaller Free;; Revo Uninstaller Free;; Soft Organizer;; Wise Program Uninstaller. Каждая из этих программ. Jun 20, 2017. Revo Uninstaller, Soft Organizer и Wise Program Uninstaller, ориентирован. На момент написания, версия – Revo Uninstaller 2.0.1 Free. Windows program uninstaller free. 6 days ago - IObit Uninstaller Free - удобная бесплатная утилита для быстрого и полного удаления нежелательных программ, папок, панелей инструментов и плагинов. Системы: Windows 10 / 8.1 / 8 / 7 / Vista / XP 32|64-bit. То, что стандартная встроенная в Windows функция для удаления программ мало эффективна, знают, пожалуй, все. То есть программу то она, конечно,. Revo Uninstaller – лучший из известных нам деинсталляторов для Windows, который удаляет даже самые упрямые программы.

Законы чёрнотельного излучения § 6.3.Закон Кирхгофа. Радиоизлучение серых тел. § 7.1.Отражательная способность поверхности. Эффективное излучение отражающей поверхности.

§ 7.3.Отражение и преломление плоских волн на плоской границе раздела. § 7.4.Поляризационные особенности излучения серого полупространства с гладкой границей § 7.5. Особенности излучения двухслойной структуры в монохроматическом приближении. Свойства квазикогерентности в тепловом излучении и границы её применимости. Собственное излучение многослойных неизотермических структур. Диэлектрические и излучательные свойства темных покровов. Частотная дисперсия электромагнитных свойств диэлектриков.

Физические механизмы поляризации диэлектриков. Мололи релаксационной поляризации. Диэлектрические свойства пресной воды. Диэлектрические свойства солёной воды. Спектральные и температурные характеристики излучательных свойств водных бассейнов. Излучательные свойства ледовых покровов. Излучательные свойства земных покровов.

Основы теории переноса излучения. Феноменология теории переноса излучения. Преобразование энергии элементом объёма вещества. Уравнение переноса излучения. Частные случаи уравнения переноса излучения. Уравнение переноса излучения для плоскопараллельного случая.

Граничные условия. Перенос излучения в излучающей и поглощающей среде. Особенности излучения полупространства с полупрозрачной атмосферой. Перенос излучения в излучающей, поглощающей и рассеивающей среде.

Излучение неоднородного и неизотермического полупространства. Приближенные методы решения полного уравнения переноса. Электромагнитные свойства дисперсных сред. Электромагнитные свойства изолированных частиц. Основные положения теории Ми. Особенности рэлеевского рассеяния.

Особенности рассеяния водных частиц. Электромагнитные свойства полидисперсных сред. Особенности переноса излучении в концентрированных средах. Селективные излучения.

Механизмы селективных излучений. Принцип детального равновесия. Фотонная модель и уравнение переноса для квантовых систем. Механизмы уширения спектральных линий.

Прохождение излучения через слой газа. Перенос микроволнового излучения в земной атмосфере. Приложение А. Международная система единиц (СИ). Факторы преобразований. Приложение Б.

Основные теоремы и соотношения в фурье-спектральном анализе Литература.