Лекция № 15

ГИС И ИНТЕГРАЦИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДАННЫХ

План:

1. ГИС и дистанционное зондирование.

1. Общие характеристики изображений объектов на снимках.

2. Сканированные изображения и их свойства.

3. Методы цифровой обработки снимков.

4. Координатная привязка и трансформирование изображений.

5. Дешифрирование изображений.

6. Преобразование исходных признаков.

7. Автоматизированное дешифрирование снимков.

2. ГИС и глобальные системы позиционирования.

1. Гис и дистанционное зондирование.

1.1. Общие характеристики изображений объектов на снимках.

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 объектах¹ является их излучение, как собственное, так и отражен­ное. 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 многозональ-

¹ Объектом может быть как участок земной поверхности, так и отдельные пространственные объекты, явления, процессы, являющие­ся предметом исследования при ДЗ.

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: О 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. Крино-ва [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 спек-

тральной яркости (рис. 2) [Ю. Ф. Книжников, 1997]:

1. класс — горные породы и почвы — характеризуется увеличением спектральных яркостей по мере приближения к красной зоне спектра;

2. класс — растительный покров — отличается характерным максиму­ мом отражательной способности в зеленой, минимумом — в красной и резким увеличением отражения в ближней инфракрасной зонах. В зеленой и красной зо­ нах такое поведение связано соответственно с отражением и поглощением лучей хлорофиллом, а большие значения в ИК-зоне объясняются пропусканием инфра­ красных лучей хлорофиллом и отражением их внутренними тканями листьев, т. е. зависит от структуры лиственного покрова.

Рис. 2. Спектральная отражательная способность основных классов природных объектов (серым цветом показаны зоны атмосферного поглощения)

3. класс — водные поверхности — характеризуются монотонным умень­ шением отражательной способности от сине-фиолетовой к красной зоне спектра, поскольку с увеличением длины волны сильнее поглощаются водой;

4. класс — снежные поверхности и близкие к ним облака — обладают наи­ более высокими значениями спектральной яркости с небольшим их понижением в ближней ИК-зоне. Понижение резко увеличивается при насыщении снега водой.

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.