§ 16-17. Методы дистанционного зондирования

Цель обучения: 

11.2.2.1 – объяснять особенности методов дистанционного зондирования.

ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ ЗЕМЛИ• ЛОТ •
​РАДИОЛОКАЦИОННАЯ АППАРАТУРА • ДЕШИФРИРОВАНИЕ • 
​РЕФЕРЕНСНЫЕ (БАЗОВЫЕ) СТАНЦИИ  

1. Общие сведения о дистанционном зондировании

Вспомни!

1. Понятие «дистанционное зондирование».
​2. Осуществление метеорологического и сейсмического прогнозов

   Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) – это наблюдение поверхности Земли наземными, авиационными и космическими средствами, оснащенными различными видами съемочной аппаратуры.
   ​Эти методы называются дистанционными, потому что Земля изучается с их помощью на значительных дистанциях, на расстоянии.

   Космические аппараты ДЗЗ используются для изучения природных ресурсов и решения задач метеорологии. Будучи методом получения информации об объекте или явлении без непосредственного физического контакта с ним, дистанционное зондирование является подразделом географии.
   ​ДЗЗ приходит на замену дорогостоящим и сравнительно медленным методам сбора информации с поверхности Земли. При этом имеется гарантия невмешательства человека в природные процессы на наблюдаемых территориях или объектах.
   ​Дистанционное зондирование позволяет получать данные об опасных, труднодоступных и быстродвижущихся объектах, проводить наблюдения на обширных участках местности. Примерами применения дистанционного зондирования может быть мониторинг вырубки лесов (например, в бассейне Амазонки и Конго), состояния ледников в Арктике и Антарктике, измерение глубины Мирового океана с помощью лота.

   Дистанционное зондирование можно рассматривать как составную часть информационной системы. Во многих областях данные ДЗ являются ключевым компонентом в процессе принятия решений, а также можно использовать простую замкнутую схему такого процесса без обратных связей (схема 3).
   ​Поскольку ДЗЗ позволяет получать информацию о любых областях Земли, включая поверхность морей и океанов, сферы применения этого метода действительно безграничны. Сельское и лесное хозяйство, география (например, природопользование), геология, археология, метеорология и климатология, исследования морской среды, оценка состояния и использования водных ресурсов, национальная безопас-ность (мониторинг приграничных областей) – вот неполный перечень сфер применения данных ДЗ, его прикладного значения.
   ​Краткая сводка областей применения данных ДЗ представлена в Приложении 4 (табл. 2).

Схема 3. Процесс получения и анализа данных дистанционного зондирования

2. Применение дистанционного зондирования в различных сферах деятельности

   В сельском хозяйстве: дистанционное зондирование широко применяется в сельском хозяйстве, геодезии, картографировании, мониторинге поверхности Земли и океана, воздушных слоев атмосферы и прочих областях.
   ​При помощи спутников с определенной цикличностью можно получать изображения полей, регионов и округов. Пользователи могут получать информацию о состоянии угодий, в т.ч. идентификацию культур, определение посевных площадей сельскохозяйственных культур и состояние урожая. Данные спутников используются для точного управления и мониторинга результатов ведения сельского хозяйства на разных уровнях. Также могут быть использованы для оптимизации фермерского хозяйства и пространственно-ориентированного управления техническими операциями. Полученные изображения могут помочь определить местоположение урожая и степень истощения земель, а затем – разработать и реализовать природно-восстановительные работы, оптимизировать использование сельскохозяйственных химикатов.

   Для мониторинга лесного покрова: дистанционное зондирование применяется для мониторинга лесного покрова и идентификации его видов. Полученные карты могут покрывать большую площадь, отображая детальные измерения и характеристики территории (тип деревьев, высоту, плотность).
   ​Используя метод ДЗЗ, возможно определить и разграничить различные типы леса, что было бы трудно достичь, используя традиционные методы на поверхности Земли. Все эти данные доступны в различных масштабах и разрешениях. Требования к детальности отображения местности зависят от масштаба исследования. 
   ​Для отображения изменений в лесном покрове (текстуры, плотности листьев) применяются:
   ​1) мультиспектральные изображения (для точной идентификации видов необходимы данные с очень высоким разрешением);
   ​2) многоразовые снимки одной территории (для получения информации о сезонных изменениях

   ​ различных видов);
   ​3) стереофотографии (для разграничения видов, оценки плотности и высоты деревьев; предоставляют уникальный вид на лесной покров, доступный только через технологии ДЗЗ);
   ​4) радары (для применения в зоне влажных тропиков, благодаря их свойству получать изображения при любых погодных условиях);
   ​5) лидары (для получения трехмерной структуры леса, обнаружения изменения высоты поверхности земли и объектов на ней; помогают оценить высоту деревьев, области крон и количество деревьев на единице площади).
   ​Для мониторинга поверхности: применение мониторинга поверхности ДЗЗ является одним из наиболее важных. Полученные данные используются при определении фи¬зического состояния поверхности Земли, например: леса, пастбища, дорожного покрытия, ландшафта в промышленных и жилых зонах, состояния сельскохозяйственных территорий и т. п.

При этом первоначально должна быть установлена система классификации земельного покрова, включающая в себя уровни и классы земель.
   ​Уровни и классы должны быть разработаны с учетом:
   ​1) цели использования на национальном, региональном или местном уровнях;
   ​2) пространственного и спектрального разрешения данных дистанционного зондирования;
   ​3) запросу пользователя и т. д.
   ​Обнаружение изменения состояния поверхности Земли необходимо для обновления различных карт, например: растительного и почвенно¬го покрова, транспортной сети и антропогенных ландшафтов, рационализации использования природных ресурсов и др.
   ​Такие изменения обнаруживаются при сравнении нескольких изображений, содержащих несколько уровней данных, а также, в некоторых случаях, при сравнении старых карт и обновленных изображений дистанционного зондирования.

   Изменения бывают:
   ​1) сезонные (сельскохозяйственные угодья, лиственные леса и т. д.);
   ​2) годовые (районы вырубки леса или разрастания городов и т. д.).
   ​Например, информация о поверхности Земли и изменении характера растительного покрова прямо необходима для определения и реализации политики защиты окружающей среды и могут быть использованы совместно с другими данными для проведения сложных расчетов (например, определения рисков эрозии).
   ​В геодезии: сбор геодезических данных с воздуха впервые был использован для обнаружения подводных лодок и получения гравитационных данных, используемых для построения военных карт. Эти данные представляют собой уровни мгновенных возмущений гравитационного поля Земли, которые могут быть использованы для определения изменений в распределении масс Земли, что в свою очередь может быть востребовано для проведения различных геологических исследований.

Основными сельскохозяйственными приложениями дистанционного зондирования являются:

   ​1) растительность: классификация типа культур, оценка состояния посевов (мониторинг сельскохозяйственных культур, оценка ущерба), оценка урожайности;   

   ​2) почва: отображение характеристик, типа и практики обработки почвы, эрозия и влажность почвы.

Это интересно!

   В апреле 2014 года осуществлен запуск первого казахстанского спутника ДЗЗ высокого разрешения «KazEOSat-1» с космодрома Куру (Французская Гвиана). В июне 2014 года осуществлен запуск второго казахстанского спутника ДЗЗ среднего разрешения «KazEOSat-2» с российской пусковой базы «Ясный» (Оренбургская область).
   ​В июне 2015 года осуществлена окончательная приемка космического аппарата ДЗЗ высокого пространственного разрешения «KazEOSat-1» и ввод его в эксплуатацию. В декабре 2015 года произвели окончательную приемку космического аппарата ДЗЗ среднего пространственного разрешения «KazEOSat-2» и осуществили ввод в эксплуатацию.

3. Внедрение технологий дистанционного зондирования в Казахстане

   В Казахстане ведется активная работа по созданию и освоению космических технологий, в частности, в сфере дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ).
​​В Стратегии «Казахстан-2050» запланировано, что к 2030 году Казахстан расширит свою нишу на мировом рынке космических услуг. Будут завершены проекты: сборочно-испытательный комплекс космических аппаратов в Нур-Султане, космическая система ДЗ, национальная система космического мониторинга и наземной инфраструктуры, система высокоточной спутниковой навигации.
   ​По развитию космической деятельности создана Национальная система космического мониторинга территории страны. С помощью спутниковых данных она обеспечит государственные структуры оперативной информацией о состоянии окружающей среды и использовании природных ресурсов. 
   ​В Казахстане разработаны технологии в области тематического дешифрирования данных ДЗЗ. Создается сеть референсных (базовых) станций.

   Она будет обеспечивать единую временную геодезическую основу точных и высокоточных глобальных навигационных систем, определение координат отдельных пунктов в заданной системе координат на всей территории страны. Предприятие «Астанатопография» установило три базовых станций и создало сеть между ними. Сеть предназначена для определения координат с помощью GPS по городу Нур-Султан и Акмолинской области. В структуру сети таких станций входит вычислительный центр г. Нур-Султан. В его функции входит сбор и архивация данных сети, предоставление информации пользователям.  ​
   ​При помощи ДЗ решается перечень задач в сфере мониторинга сельского хозяйства страны: мониторинг снежного покрова, оценка весеннего запаса влаги в почве, оценка посевных площадей и контроль севооборота, дистанционная диагностика состояния посевов яровых культур и прогноз урожайности, отслеживание динамики уборочных работ. 

   ​Использование космического мониторинга позволяет оперативно получать информацию об обстановке по линии уполномоченного органа в сфере гражданской защиты. С 2001 года в Казахстане Институт космических исследований начал развивать систему космического мониторинга чрезвычайных ситуаций. С 2002 года ведется оперативный космический мониторинг пожаров, а с 2003 года начато наблюдение за паводковой обстановкой в ряде областей. Система космического мониторинга чрезвычайных ситуаций работает в Западно-Казахстанской, Восточно-Казахстанской и Карагандинской областях. В этих областях ведутся наблюдения за пожарами и паводками. ​В Актюбинской области осуществляется мониторинг пожаров, а в Кызылординской – ведется наблюдение за паводками и состоянием Шардаринского водохранилища.
   ​Проведение исследований с применением информации ДЗЗ, дешифрование космических снимков и сравнение полученных результатов с имеющимися материалами может позволить сократить объем буровых работ в геологоразведке.

В транспортной отрасли это позволит определить оптимальные маршруты прокладки автомобильных и железнодорожных магистралей, выявить участки дорожного покрытия, нуждающиеся в ремонте. В сфере городского хозяйства, используя методы ДЗЗ,  возможно получить информацию об участках  незарегистрирован-ной застройки или самозахваченных землях.
   ​​Таким образом, Казахстан активно внедряет технологии ДЗЗ для решения различных задач.

Это интересно! 

   Данные ДЗЗ широко использовались в ходе реализации проекта по управлению засушливыми землями в Шетском районе Карагандинской области. Проект осуществлялся Всемирным банком и Глобальным экологическим фондом. На примере экосистемы района изучалась технология расчета величины углекислого газа, поглощенного растительным и почвенным покровом. Специалисты составили для данной территории карты типов подстилающей поверхности и землепользования. Проведена оценка состояния и продуктивности надземной части растительного покрова, изучена зависимость объема зеленой биомассы от погодных условий в вегетационный период и составлены карты сезонной продуктивности пастбищ.

Проверь себя!

Контрольные вопросы

1. Перечислите общие сведения о дистанционном зондировании Земли.
2. Какова история развития методов дистанционного зондирования?
​3. Какова область применения данных дистанционного зондирования?
​4. Как дистанционное зондирование применяется в Казахстане?

Изобрази графически

   Используя дополнительный материал, интернет-источники, подготовьте Базовый материал о преимуществах и недостатках данных дистанционного зондирования Земли. Работу выполните в виде таблицы или блок-схемы (по выбору). Обсудите работу в классе и сделайте вывод.

Исследование, мини-проекты

  Подготовьте реферат по одной из тем:

   1. Космические снимки.
   ​2. Методы дешифрирования аэрофотоснимков.
   ​3. Ресурсные спутники (метеорологические спутники, океанологические спутники, съемочные системы SeaWiFS. 
   ​4. Дешифровочные признаки.
   ​Подготовка реферата выполняется с использованием дополнительной литературы, интернет-источников. Представьте работу (выступление с докладом необходимо запланировать на 5-6 минут), обсудите и сделайте выводы по теме.

Моя точка зрения

​   Внимательно Изучите рис. 28 и выскажите мнение:
​   1. В Казахстане осуществляется мониторинг чрезвычайных ситуаций. По данным ДЗ были составлены карты района озера Алаколь. О каком природном явлении идет речь? Используя условные обозначения, охарактеризуйте происходящую ситуацию.
​   ​2. Объясните процесс получения и анализа данных дистанционного зондирования? Как Вы думаете, можно ли ставить вопрос о том, какой из этапов наиболее важный? Обоснуйте ваш ответ.

         Рис. 28. Район озера Алаколь на территории Казахстана
Өтінемін күте тұрыңыз