Данные дистанционного зондирования земли: Дистанционное Зондирование Земли: Технологии и Виды ДЗЗ

Данные ДЗЗ. Обработка полученных данных дистанционного зондирования земли

Космический мониторинг территории

Заказ космической съемки. Космоснимки

Мониторинг нарушения охранных зон (Мониторинг трубопроводов)

Экологический мониторинг (экомониторинг)

Мониторинг разливов нефти на водных акваториях

Мониторинг мест складирования ТБО

Лесопатологический мониторинг

Мониторинг строительства зданий и сооружений

Мониторинг нелегального недропользования

Мониторинг нефтеразливов на суше

Космическая съемка земли

Аэрофотосъемка (АФС / БПЛА)

Ночная съемка из космоса

Лазерное сканирование (LIDAR)

Какие задачи решает (для чего нужно):

Глобально, мониторинг дистанционными методами нужен для объяснения и принятия решения по двум направлениям жизни человека — изменение окружающей среды и инфраструктуры любой человеческой деятельности.

Рис.1 Мониторинг окружающей средыРис.2 Мониторинг и оценка инфраструктуры

Мониторинг окружающей среды относится к различным мероприятиям, проводимым для получения знаний и систематического сопровождения состояния природных ресурсов. Используется, чтобы помочь защитить контролируемые ресурсы, смягчить воздействие и гарантировать их устойчивое использование.

Мониторинг и оценка инфраструктуры могут быть мощным средством для измерения её эффективности, отслеживания прогресса в достижении желаемых целей и демонстрации наличия систем, которые помогают организациям управлять инфраструктурой в режиме онлайн и/или по состоянию.

Результат мониторинга – выводы и обоснования для управленческих решений по обеспечению существования людей, их безопасности и объектов, созданных руками Человечества.

Мониторинг ДЗЗ нужен для обнаружения аномалий на земле, в воде, в воздухе, в городе, на дороге, в критической ситуации по природным катаклизмам или по человеческому фактору, ограниченный по размерам или протяжённый. Везде играет роль пространственный фактор во времени. И фиксация аномалий и анализ её появления и есть ДЗЗ.

ДЗЗ имеет 250+ тематических направлений мониторинга и с каждым годом эта дистанционное зондирование прирастает новыми направлениями, как инновационное направление исследований.

Рис.3 Мониторинг ДЗЗ

Цель мониторинга: принять эффективные решения в результате анализа дистанционного зондирования, способствующие улучшению и безопасности жизни, общества, сохранению и восстановлению природы, предотвращению разрушения инфраструктуры.

Задачи:

Продовольственная безопасность – безусловно первичная и решающая задача мониторинга ДЗЗ – продовольственная безопасность и продовольственный достаток для выживания в окружающей среде:

• Слежение за развитием сельскохозяйственных культур от посева до урожая на основе LULC технологии ДЗЗ. Картирование индексов, показателей состояния полей, оценка сорняков, засухи, солёности, нашествия вредителей. Точное земледелие. Рис.4 Продовольственная безопасность
• Контроль чистоты водных ресурсов. Регистрация загрязнения воды.
• Поиск новых источников воды в неблагоприятных районах.

Окружающая среда:

• Наблюдение за состоянием окружающей среды. Формирование информационных данных ДЗЗ о текущем состоянии внешней среды и степени её загрязнённости. Картирование аномалий. Осуществление широкомасштабных наблюдений за факторами антропогенного воздействия.
• Составление прогноза тенденций изменения состояния природной среды. Определение источников влияния антропогенного характера и организация наблюдения за ними.
• Лесопатологического обследование. Систематическое обобщение и анализ результатов лесопатологического мониторинга, составление в установленные сроки обзоров лесопатологического состоянияплощади лесов. Обоснование и принятие рациональных решений по защите лесов от повреждений, незаконной вырубки, сохранению их устойчивости и продуктивности.
• Контроль состояния и поведения водных ресурсов.

Рис.5 Окружающая среда

Инфраструктура:

• Картирование, 3D моделирование строительной отрасли объектов и протяжённых трасс на всех этапах жизненного цикла: проектирование, строительство, эксплуатация.
• Мониторинг городского развития, принятие решения о городском строительстве, архитектурное 3D моделирование.
• Регулярный мониторинг протяжённых трасс ЛЭП, автомобильных и железнодорожных трасс, трубопроводов.
• Создание аналитических карт ДЗЗ объектов, территорий и городского кадастра, недвижимости.
• Мониторинг роста и убывания населения по косвенным признакам ДЗЗ (например, пространственные ночные показатели видео, строительства и т.п.) в городах и сельской местности (степень разработки сельхозкультур).
• Картирование эпидемической обстановки.
• Изменения и показатели рынка городской и территориальной недвижимости на ГИС платформе.

 

Чрезвычайные ситуации:

• Прогнозирование и контроль природных катастроф (катаклизмы пожары, наводнения, цунами, тайфуны и т.п.) и техногенных аварий на основе ДЗЗ аналитики.
• ЧС предсказание на основе выявления аномалий структурных и природных – спектральные индексы ДЗЗ, косвенные признаки на их основании, тематическое картирование в ГИС управлении, моделирование последствий, детальное отслеживание ситуации, помощь полевым работам по ликвидации.

Заказать

Преимущества использования данных ДЗЗ

• оперативно выявлять очаги и характер изменений окружающей среды;
• покрывать обширные, в том числе труднодоступные, территории в один момент времени;
• практически непрерывно, отслеживать изменения и динамику экологических процессов;
• исследовать территории за минуты вместо несколько месяцев, как при традиционных методах;
• предоставляет точные, надёжные, независимые и специализированные продукты для мониторинга земель, отвечающие широкому спектру требований к картографированию, предоставляя спутниковые слои высокого разрешения и информацию мониторинга;
• обеспечить лёгкий доступ к согласованной, согласованной и контролируемой по качеству земельной информации в глобальном масштабе, легко доступной для управления и требований отчётности, что стало возможным благодаря полностью автоматизированной системе мониторинга земель, построенной на потоках многозадачных спутниковых данных;
• цифровые ортофотоснимки обеспечивают превосходный ресурс для очень подробного и точного картографирования особенностей местности с использованием подхода объектно-ориентированной классификации для извлечения пользовательской информации из ортофотоснимков и изображений беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), таких как здания, транспортная инфраструктура и энергетические объекты.

Примеры применения

• Тематические карты и изображения (мозаика), отдельно или в ГИС в масштабе (от 1:2000 до 1: 200 000) ТЗ Заказчика результатов мониторинга, всех задач, указанных выше.

  Например, картирование трассы трубопровода с детализацией утечки или возможной утечки нефтепродуктов в результате деформации грунта, оползней, коррозии металла, несанкционированного доступа или стихийных бедствий (пожары, подтопления).

  Карты индексов LULC на сельскохозяйственный участок земли по месяцам (внесение удобрений, пестицидов, точное земледелие, прогноз урожая), годам (оценка ущерба пахотным землям).

  Рис.6 Карты индексов LULC на сельскохозяйственный участок земли

  Мониторингу для оценки состояния растительности после пожара с акцентом на картирование поражённой территории, оценка повреждения растительности, оценка силы пожаров и пожаров и оценка их влияния на восстановление растительности.

  Рис.7 Мониторинг для оценки состояния растительности после пожара

  Карты о недавно добавленных землях под застройку может быть извлечена из изображений дистанционного зондирования с высоким разрешением. Повысилась точность поиска изменений растительного покрова по всей стране, признак незаконного использования земель.

  Рис.8 Карта о недавно добавленных землях под застройку (план)Рис.9 Карта о недавно добавленных землях под застройку
• Отчёт о работе со справочными данными, табличными показателями по годам, спектральными характеристиками, выявленными аномалиями в результате мониторинга.

  Задача: сегментация изображений аномалий.

  Решение: сегментация изображений аномалий дистанционного зондирования при съёмке земельных ресурсов, мониторинге глобальных изменений и обнаружении стихийных бедствий от спутниковых сенсоров и БПЛА

  Результат: даёт точную картину ситуации с землёй на государственном, масштабном уровне.

  Рис.10 Сегментация изображений аномалий
• Аналитическая записка с предложениями и путями решения по реализации выводов мониторинга.

  Задача: мониторинг сельскохозяйственного поля.

  Решение: интенсивность землепользования оказывала значительно более сильное влияние на качество экосреды, чем другие факторы. Взаимодействие между влияющими факторами было в основном нелинейным усилением и двухфакторным усилением с преобладанием нелинейного усиления.

  Результат: предложение – данное поле не засевать в течение 2-х лет и заменить культуру посева.

• Модели объектов и территорий, их изменения, в результате мониторинга.

  Задача: создать модель чрезвычайной ситуации. Например, наводнений, распространения пожаров, стихийных бедствий с оценкой последствий – подсказка ЧС для эффективных действий по защите людей и собственности.

  Городской застройки и транспортных коллапсов.

  Защита лесных угодий.

  Решение: путём расчёта мультиспектральных индексов растительности (VI) и текстурных признаков (TF) БПЛА.

  Результат: были извлечены признаки, чувствительные к степени повреждения деревьев, с использованием алгоритма последовательных проекций (SPA) и дисперсионного анализа (ANOVA), а также одномерного свёрточного нейронного анализа. сеть (1D-CNN), случайный лес (RF) и метод опорных векторов (SVM) использовались для построения моделей распознавания степени повреждения.

  Рис.11 Модель чрезвычайной ситуации

Статьи

Мониторинг полигонов ТБО и обнаружение стихийных мусоросвалок по данным космической съемки

Мониторинг нелегальных карьеров

Мониторинг состояния трубопроводов по космической съемке и БПЛА

Мониторинг нефтяных загрязнений акваторий морей и океанов

Мониторинг сжигания попутного нефтяного газа с помощью космической съёмки

Мониторинг земель на основе применения космических технологий

Принципы, касающиеся дистанционного зондирования Земли из космического пространства — Конвенции и соглашения — Декларации, конвенции, соглашения и другие правовые материалы

Приняты резолюцией 41/65 Генеральной Ассамблеи от 3 декабря 1986 года

Принцип I

Для целей настоящих принципов в отношении деятельности по дистанционному зондированию:

а) термин «дистанционное зондирование» означает зондирование поверхности Земли из космоса с использованием свойств электромагнитных волн, излучаемых, отражаемых или рассеиваемых зондируемыми объектами, с целью лучшего распоряжения природными ресурсами, совершенствования землепользования и охраны окружающей среды;

b) термин «первичные данные» означает необработанные данные, которые получаются с помощью аппаратуры дистанционного зондирования, установленной на борту космического объекта, и которые передаются или доставляются на Землю из космоса посредством телеметрии в виде электромагнитных сигналов, фотопленки, магнитной ленты или какими-либо другими способами;

с) термин «обработанные данные» означает материалы, полученные в результате такой обработки первичных данных, которая необходима для обеспечения возможности пользоваться этими данными;

d) термин «проанализированная информация» означает информацию, полученную в результате интерпретации обработанных данных, дополнительно введенных данных и сведений из других источников;

е) термин «деятельность по дистанционному зондированию» означает эксплуатацию космических систем дистанционного зондирования, станций по приему и накоплению первичных данных и деятельность по обработке, интерпретации и распространению обработанных данных.

Принцип II

Деятельность по дистанционному зондированию осуществляется на благо и в интересах всех стран, независимо от уровня их экономического, социального или научно-технического развития и с особым учетом нужд развивающихся стран.

Принцип III

Деятельность по дистанционному зондированию осуществляется в соответствии с международным правом, включая Устав Организации Обьединенных Наций, Договор о принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства, включая Луну и другие небесные тела¹ и соответствующие документы Международного союза электросвязи.

Принцип IV

Деятельность по дистанционному зондированию осуществляется в соответствии с принципами, содержащимися в статье I Договора о принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства, включая Луну и другие небесные тела, которая, в частности, предусматривает, что исследование и использование космического пространства осуществляются на благо и в интересах всех стран, независимо от уровня их экономического или научного развития, и устанавливает принцип, в соответствии с которым космическое пространство открыто для исследования и использования на основе равенства. Эта деятельность осуществляется на основе уважения принципа полного и постоянного суверенитета всех государств и народов над своими богатствами и природными ресурсами с должным учетом признаваемых по международному праву прав и интересов других государств и организаций, находящихся под их юрисдикцией. Подобная деятельность должна осуществляться таким образом, чтобы не наносить ущерба законным правам и интересам зондируемого государства.

Принцип V

Государства, осуществляющие деятельность по дистанционному зондированию, содействуют международному сотрудничеству в этой деятельности. С этой целью они предоставляют другим государствам возможности для участия в ней. Такое участие основывается в каждом случае на справедливых и взаимоприемлемых условиях.

Принцип VI

Для получения максимальных выгод от деятельности по дистанционному зондированию государства поощряются к тому, чтобы в соглашениях или иных договоренностях предусматривались создание и эксплуатация станций по приему и накоплению данных и установок по обработке и интерпретации данных, в частности в рамках региональных соглашений и договоренностей, когда это возможно.

Принцип VII

Государства, участвующие в деятельности по дистанционному зондированию, предоставляют техническую помощь другим заинтересованным государствам на взаимосогласованных условиях.

Принцип VIII

Организация Объединенных Наций и соответствующие учреждения системы Организации Объединенных Наций содействуют международному сотрудничеству, включая техническую помощь и координацию, в области дистанционного зондирования.

Принцип IX

В соответствии со статьей IV Конвенции о регистрации объектов, запускаемых в космическое пространство² и статьей XI Договора о принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства, включая Луну и другие небесные тела, государство, осуществляющее программу дистанционного зондирования, информирует Генерального секретаря Организации Объединенных Наций. Кроме того, оно предоставляет в максимально возможной и практически осуществимой степени любую другую соответствующую информацию любому другому государству, в частности любому развивающемуся государству из числа затрагиваемых этой программой, по его просьбе.

Принцип X

Дистанционное зондирование должно содействовать охране природной среды Земли. С этой целью участвующие в деятельности по дистанционному зондированию государства, которые установили, что в их распоряжении имеется информация, способная предотвратить любое вредное для природной среды Земли явление, сообщают эту информацию соответствующим государствам.

Принцип XI

Дистанционное зондирование должно содействовать защите человечества от стихийных бедствий. С этой целью участвующие в деятельности по дистанционному зондированию государства, которые установили, что в их распоряжении имеются обработанные данные и проанализированная информация, могущие быть полезными для государств, пострадавших от стихийных бедствий или подвергающихся опасности от надвигающихся стихийных бедствий, передают такие данные и информацию соответствующим государствам по возможности в кратчайшие сроки.

Принцип XII

Как только получены первичные данные и обработанные данные по территории, находящейся под его юрисдикцией, зондируемому государству предоставляется доступ к ним на недискриминационной основе и на разумных условиях оплаты. Зондируемому государству предоставляется также досуп к проанализированной информации по территории, находящейся под его юрисдикцией, которой располагает любое государство, участвующее в деятельности по дистанционному зондированию, на той же основе и тех же условиях, особо принимая во внимание нужды и интересы развивающихся стран.

Принцип XIII

Для поощрения и активизации международного сотрудничества, особенно с учетом нужд развивающихся стран, государство, осуществляющее дистанционное зондирование Земли из космического пространства, вступает, по просьбе, в консультации с государством, территория которого зондируется, с целью предоставления возможностей участия и увеличения получаемых от этого взаимных выгод.

Принцип XIV

В соответствии со статьей VI Договора о принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства, включая Луну и другие небесные тела, государства, эксплуатирующие спутники дистанционного зондирования, несут международную ответственность за свою деятельность и обеспечивают, чтобы такая деятельность проводилась в соответствии с настоящими принципами и нормами международного права, независимо от того, осуществляется она правительственными органами или неправительственными юридическими лицами или в рамках международных организаций, членами которых такие государства являются. Настоящий принцип не затрагивает применимости норм международного права об ответственности государств в том, что касается деятельности по дистанционному зондированию.

Принцип XV

Любой спор, возникающий из применения настоящих принципов, разрешается с помощью установленных процедур мирного урегулирования споров.

---

¹Резолюция 2222 (XXI), приложение

²Резолюция 3235 (XXIX), приложение.

Что такое дистанционное зондирование? | Earthdata

Image

Дистанционное зондирование — это получение информации на расстоянии. НАСА наблюдает за Землей и другими планетарными телами с помощью удаленных датчиков на спутниках и самолетах, которые обнаруживают и регистрируют отраженную или излучаемую энергию. Удаленные датчики, которые обеспечивают глобальную перспективу и множество данных о системах Земли, позволяют принимать решения на основе данных на основе текущего и будущего состояния нашей планеты.

• Орбиты
• Наблюдение с помощью электромагнитного спектра
• Датчики
• Разрешение
• Обработка данных, интерпретация и анализ
• Навигаторы данных

Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с техническим докладом Межведомственной группы внедрения и передовых концепций НАСА (IMPACT): От пикселей к продуктам: обзор спутникового дистанционного зондирования.

Орбиты

Спутники могут быть размещены на нескольких типах орбит вокруг Земли. Три общих класса орбит: низкая околоземная орбита (приблизительно от 160 до 2 000 км над Землей), средняя околоземная орбита (приблизительно от 2 000 до 35 500 км над Землей) и высокая околоземная орбита (выше 35 500 км над Землей). Спутники, вращающиеся на высоте 35 786 км, находятся на высоте, на которой их орбитальная скорость соответствует скорости вращения планеты, и находятся в так называемом геосинхронная орбита  (ГСО). Кроме того, спутник на ГСО непосредственно над экватором будет иметь геостационарную орбиту . Геостационарная орбита позволяет спутнику сохранять свое положение непосредственно над одним и тем же местом на поверхности Земли.

Изображение

Спутник NASA Aqua совершает один оборот за 99 минут и проходит в пределах 10 градусов от каждого полюса. Это позволяет спектрорадиометру среднего разрешения (MODIS) на борту Aqua получать полные глобальные изображения каждые 1-2 дня. Предоставлено: НАСА Аква.

Низкая околоземная орбита является широко используемой орбитой, поскольку спутники могут следовать по нескольким орбитальным траекториям вокруг планеты. Например, спутники на полярной орбите наклонены почти на 90 градусов к экваториальной плоскости и путешествуют от полюса к полюсу по мере вращения Земли. Это позволяет датчикам на борту спутника быстро получать данные для всего земного шара, включая полярные регионы. Многие спутники на полярной орбите считаются солнечно-синхронными, что означает, что спутник проходит над одним и тем же местом в одно и то же солнечное время в каждом цикле. Одним из примеров солнечно-синхронного спутника с полярной орбитой является спутник NASA Aqua, который вращается на высоте примерно 705 км над поверхностью Земли.

Неполярные спутники на низкой околоземной орбите, с другой стороны, не обеспечивают глобального покрытия, а вместо этого покрывают только часть диапазона широт. Совместная основная обсерватория глобального измерения осадков (GPM) НАСА и Японского агентства аэрокосмических исследований является примером несинхронного с Солнцем спутника на низкой околоземной орбите. Его орбитальный трек собирает данные между 65 градусами северной и южной широты с высоты 407 км над планетой.

Спутнику на средней околоземной орбите требуется примерно 12 часов, чтобы совершить полный оборот по орбите. За 24 часа спутник ежедневно пересекает одни и те же две точки на экваторе. Эта орбита постоянна и очень предсказуема. В результате эта орбита используется многими телекоммуникационными спутниками и спутниками GPS. Одним из примеров группировки спутников на средней околоземной орбите является глобальная навигационная спутниковая система (GNSS) Galileo Европейского космического агентства, которая вращается на высоте 23 222 км над Землей.

Изображение

Космический корабль на геостационарной орбите. Предоставлено: NASA Science.

Хотя и геосинхронные, и геостационарные спутники вращаются на высоте 35 786 км над Землей, орбиты геосинхронных спутников могут быть наклонены выше или ниже экватора. С другой стороны, геостационарные спутники вращаются вокруг Земли в той же плоскости, что и экватор. Эти спутники фиксируют идентичные виды Земли при каждом наблюдении и обеспечивают почти непрерывное покрытие одной области. Совместная серия метеорологических спутников НАСА / NOAA на геостационарных оперативных экологических спутниках (GOES) находится на геостационарных орбитах над экватором.

Дополнительную информацию об орбитах см. в Каталоге спутниковых орбит НАСА Земной обсерватории.

Наблюдение с помощью электромагнитного спектра

Электромагнитная энергия, создаваемая вибрацией заряженных частиц, распространяется в виде волн через атмосферу и космический вакуум. Эти волны имеют разные длины волн (расстояние от гребня волны до гребня волны) и частоты; более короткая длина волны означает более высокую частоту. Одни, такие как радиоволны, микроволновые и инфракрасные волны, имеют большую длину волны, а другие, такие как ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи, имеют гораздо более короткую длину волны. Видимый свет находится в середине этого диапазона длинноволнового и коротковолнового излучения. Эта небольшая порция энергии — все, что способен уловить человеческий глаз. Инструментарий необходим для обнаружения всех других форм электромагнитной энергии. Приборы НАСА используют весь спектр спектра для изучения и понимания процессов, происходящих здесь, на Земле, и на других планетарных телах.

Изображение

Диаграмма электромагнитного спектра. Предоставлено: NASA Science.

Некоторые волны поглощаются или отражаются атмосферными компонентами, такими как водяной пар и углекислый газ, в то время как некоторые длины волн обеспечивают беспрепятственное движение через атмосферу; видимый свет имеет длины волн, которые могут проходить через атмосферу. Микроволновая энергия имеет длины волн, которые могут проходить сквозь облака, и этот атрибут используется многими метеорологическими спутниками и спутниками связи.

Изображение

Спектральные признаки различных особенностей Земли в видимом спектре света. Кредит: Джинни Аллен.

Основным источником энергии, наблюдаемой спутниками, является Солнце. Количество отраженной солнечной энергии зависит от шероховатости поверхности и ее альбедо, то есть от того, насколько хорошо поверхность отражает свет, а не поглощает его. Снег, например, имеет очень высокое альбедо и отражает до 90% поступающей солнечной радиации. С другой стороны, океан отражает только около 6% поступающей солнечной радиации и поглощает остальное. Часто, когда энергия поглощается, она переизлучается, обычно на более длинных волнах. Например, энергия, поглощаемая океаном, повторно излучается в виде инфракрасного излучения.

Все предметы на Земле отражают, поглощают или передают энергию, количество которой зависит от длины волны. Точно так же, как ваш отпечаток пальца уникален для вас, все на Земле имеет уникальный спектральный отпечаток. Исследователи могут использовать эту информацию для определения различных особенностей Земли, а также различных типов горных пород и минералов. Количество спектральных диапазонов, обнаруженных данным инструментом, его спектральное разрешение определяют, насколько исследователь может определить различия между материалами.

Для получения дополнительной информации об электромагнитном спектре, а также сопутствующих видеороликов, просмотрите «Путешествие НАСА по электромагнитному спектру».

Изображение

Подобно тому, как железо и медь выглядят по-разному в видимом свете, минералы, богатые железом и медью, отражают различное количество света в инфракрасном спектре. На этом графике сравнивается коэффициент отражения гематита (железной руды) с малахитом и хризоколлой (богатые медью минералы) в диапазоне от 200 до 3000 нанометров. Авторы и права: изображение НАСА, сделанное Робертом Симмоном, с использованием данных лаборатории спектроскопии Геологической службы США.

Датчики

Датчики или приборы на борту спутников и самолетов используют Солнце в качестве источника освещения или обеспечивают собственный источник освещения, измеряя отраженную энергию. Датчики, использующие естественную энергию Солнца, называются пассивными датчиками; те, которые обеспечивают собственный источник энергии, называются активными датчиками.

 

Изображение

Диаграмма пассивного датчика по сравнению с активным датчиком. Предоставлено: Программа обучения дистанционному зондированию НАСА.

К пассивным датчикам относятся различные типы радиометров (приборы, количественно измеряющие интенсивность электромагнитного излучения в выбранных диапазонах) и спектрометры (устройства, предназначенные для обнаружения, измерения и анализа спектрального состава отраженного электромагнитного излучения). Большинство пассивных систем, используемых приложениями дистанционного зондирования, работают в видимом, инфракрасном, тепловом инфракрасном и микроволновом диапазонах электромагнитного спектра. Эти датчики измеряют температуру поверхности земли и моря, свойства растительности, свойства облаков и аэрозолей и другие физические характеристики. Большинство пассивных датчиков не могут проникать через плотный облачный покров и, таким образом, имеют ограничения при наблюдении за такими районами, как тропики, где часто встречается плотный облачный покров.

К активным датчикам относятся различные типы датчиков радиообнаружения и дальномера (радиолокационные), высотомеры и скаттерометры. Большинство активных датчиков работают в микроволновом диапазоне электромагнитного спектра, что дает им возможность проникать в атмосферу в большинстве условий. Эти типы датчиков полезны для измерения вертикальных профилей аэрозолей, структуры леса, осадков и ветров, топографии поверхности моря и льда, среди прочего.

На странице Remote Sensors Earthdata представлен список пассивных и активных датчиков НАСА для изучения Земли, а на странице What is Synthetic Aperture Radar? Backgrounder предоставляет конкретную информацию об этом типе активного датчика.

Разрешение

Разрешение влияет на то, как могут использоваться данные с датчика. Разрешение может варьироваться в зависимости от орбиты спутника и конструкции датчика. Для любого набора данных следует учитывать четыре типа разрешения: радиометрическое, пространственное, спектральное и временное.

Радиометрическое разрешение  – это количество информации в каждом пикселе, то есть количество битов, представляющих записанную энергию. Каждый бит записывает показатель степени степени 2. Например, 8-битное разрешение равно 2 ⁸ , что указывает на то, что датчик имеет 256 потенциальных цифровых значений (0-255) для хранения информации. Таким образом, чем выше радиометрическое разрешение, тем больше значений доступно для хранения информации, обеспечивая лучшее распознавание даже малейших различий в энергии. Например, при оценке качества воды необходимо радиометрическое разрешение, чтобы различить тонкие различия в цвете океана.

Изображение

Достижения в области технологий дистанционного зондирования значительно улучшили спутниковые снимки. Среди достижений — улучшение радиометрического разрешения или повышение чувствительности прибора к небольшим различиям в электромагнитной энергии. Сенсоры с высоким радиометрическим разрешением могут различать больше деталей и вариаций света. Предоставлено: снимки Земной обсерватории НАСА, сделанные Джошуа Стивенсом с использованием данных Landsat из Геологической службы США.

Пространственное разрешение  определяется размером каждого пикселя в цифровом изображении и площадью поверхности Земли, представленной этим пикселем. Например, большинство полос, наблюдаемых спектрорадиометром формирования изображений со средним разрешением (MODIS), имеют пространственное разрешение 1 км; каждый пиксель представляет собой область размером 1 км x 1 км на земле. MODIS также включает полосы с пространственным разрешением 250 м или 500 м. Чем лучше разрешение (чем меньше число), тем больше деталей вы можете увидеть. На изображении ниже вы можете увидеть разницу в пикселизации между изображением с разрешением 30 м/пиксель (левое изображение), изображением с разрешением 100 м/пиксель (центральное изображение) и изображением с разрешением 300 м/пиксель (правое изображение).

Изображение

Снимок Рейкьявика, Исландия, сделанный спутником Landsat 8 7 июля 2019 года, иллюстрирующий разницу в разрешении пикселей. Предоставлено: Земная обсерватория НАСА.

Изображение

Верхняя часть куба представляет собой изображение в искусственном цвете, сделанное для того, чтобы подчеркнуть структуру воды и испарительных бассейнов справа. Стороны куба представляют собой срезы, показывающие края вершин во всех 224 спектральных каналах AVIRIS. Вершины сторон находятся в видимой части спектра (длина волны 400 нанометров), а нижние — в инфракрасной (2500 нанометров). Предоставлено: НАСА JPL.

Спектральное разрешение  – это способность датчика различать более тонкие длины волн, то есть иметь больше и более узкие полосы. Многие датчики считаются мультиспектральными, то есть имеют от 3 до 10 каналов. Некоторые датчики имеют от сотен до тысяч полос и считаются гиперспектральными . Чем уже диапазон длин волн для данной полосы, тем лучше спектральное разрешение. Например, бортовой спектрометр видимого/инфракрасного изображения (AVIRIS) собирает информацию в 224 спектральных каналах. Куб справа представляет детали данных. На этом уровне детализации можно различать типы горных пород и минералов, типы растительности и другие особенности. В кубе небольшая область высокой чувствительности в правом углу изображения находится в красной части видимого спектра (около 700 нанометров) и обусловлена ​​наличием красного участка длиной 1 сантиметр (полдюйма). артемии в пруду-испарителе.

Временное разрешение  – это время, за которое спутник завершает оборот по орбите и повторно посещает ту же область наблюдения. Это разрешение зависит от орбиты, характеристик датчика и ширины полосы обзора. Поскольку геостационарные спутники соответствуют скорости вращения Земли, временное разрешение намного лучше. Полярно-орбитальные спутники имеют временное разрешение, которое может варьироваться от 1 до 16 дней. Например, датчик MODIS на борту спутников НАСА Terra и Aqua имеет временное разрешение 1-2 дня, что позволяет датчику визуализировать изменение Земли изо дня в день. С другой стороны, Operational Land Imager (OLI) на борту совместного спутника NASA/USGS Landsat 8 имеет более узкую полосу обзора и временное разрешение 16 дней; показывая не ежедневные изменения, а двухмесячные изменения.

Изображение

Орбитальная полоса обзора MODIS (синие прямоугольники) по сравнению с орбитальной полосой обзора OLI на борту Landsat 8 (прямоугольники с красными точками). Благодаря гораздо более широкому диапазону изображений, MODIS обеспечивает глобальное покрытие каждые 1-2 дня по сравнению с 16 днями для OLI. Красные точки обозначают центральную точку каждой плитки Landsat. Предоставлено: Обучение прикладному дистанционному зондированию НАСА (ARSET).

Почему бы не создать датчик, сочетающий высокое пространственное, спектральное и временное разрешение? Трудно совместить все желаемые функции в одном дистанционном датчике. Например, для получения наблюдений с высоким пространственным разрешением (например, OLI на борту Landsat 8) требуется более узкая полоса обзора, что требует большего времени между наблюдениями за данной областью, что приводит к более низкому временному разрешению. Исследователям приходится идти на компромиссы. Вот почему очень важно понимать, какой тип данных необходим для данной области исследования. При исследовании погоды, которая меняется во времени, решающее значение имеет высокое временное разрешение. С другой стороны, при исследовании сезонных изменений растительности высокое временное разрешение может быть принесено в жертву более высокому спектральному или пространственному разрешению.

Обработка, интерпретация и анализ данных

Данные дистанционного зондирования, полученные с помощью приборов на борту спутников, требуют обработки, прежде чем данные смогут использоваться большинством исследователей и пользователей прикладных наук. Большинство необработанных спутниковых данных НАСА для наблюдения Земли (уровень 0, см. уровни обработки данных) обрабатываются на объектах систем обработки под руководством научных исследователей (SIPS) НАСА. Все данные обрабатываются, по крайней мере, до Уровня 1, но большинство из них имеют связанные продукты Уровня 2 (производные геофизические переменные) и Уровня 3 (переменные, нанесенные на карту в однородных масштабах пространственно-временной сетки). У многих даже есть продукты уровня 4. Данные НАСА по наукам о Земле архивируются в специализированных центрах распределенных активных архивов (DAAC) и доступны полностью, открыто и без ограничений для пользователей данных.

Большинство данных хранятся в формате иерархических данных (HDF) или в формате сетевой общей формы данных (NetCDF). Доступны многочисленные инструменты данных для подмножества, преобразования, визуализации и экспорта в различные другие форматы файлов.

После обработки данных их можно использовать в различных приложениях, от сельского хозяйства до водных ресурсов, здоровья и качества воздуха. Один датчик не может решить все исследовательские вопросы в рамках данного приложения. Пользователям часто необходимо использовать несколько датчиков и продуктов данных для решения своего вопроса, учитывая ограничения данных, предоставляемых различными спектральными, пространственными и временными разрешениями.

Создание спутниковых изображений

Многие датчики собирают данные на разных спектральных длинах волн. Например, полоса 1 OLI на борту Landsat 8 собирает данные на 0,433–0,453 микрометра, а полоса 1 MODIS собирает данные на 0,620–0,670 микрометра. OLI имеет в общей сложности 9 полос, тогда как MODIS имеет 36 полос, все из которых измеряют различные области электромагнитного спектра. Полосы можно комбинировать для создания изображений данных, чтобы выявить различные особенности ландшафта. Часто изображения данных используются для выделения характеристик изучаемой области или для определения области исследования.

Цветные изображения показывают Землю такой, какой она видится человеческому глазу. Для изображения Landsat 8 OLI в истинном цвете (красный, зеленый, синий [RGB]) диапазоны сенсора 4 (красный), 3 (зеленый) и 2 (синий) объединены. Другие комбинации спектральных диапазонов могут использоваться для конкретных научных приложений, таких как мониторинг наводнений, разграничение урбанизации и картирование растительности. Например, создание изображения радиометра видимого инфракрасного изображения в искусственных цветах (VIIRS, на борту спутника Национального полярно-орбитального партнерства Суоми [Suomi NPP]) с использованием каналов M11, I2 и I1 полезно для различения следов ожогов от низкой растительности или голых участков. почвы, а также для обнажения затопленных территорий. Чтобы увидеть больше комбинаций диапазонов от датчиков Landsat, посмотрите видео Landsat Band Remix от NASA Scientific Visualization Studio или статью NASA Earth Observatory «Многие оттенки Лондона». Чтобы узнать о других распространенных комбинациях каналов, см. документ обсерватории Земли НАСА «Как интерпретировать распространенные изображения в ложных цветах», в котором представлены общие комбинации каналов, а также сведения об интерпретации изображений.

Изображение

Шрамы от пожаров сильно отражаются в полосе 7 Landsat, которая собирает данные в коротковолновом инфракрасном диапазоне. След от огня не виден на левом изображении, которое представляет собой стандартное изображение в реальном цвете. След от огня четко выделяется красным цветом на правом изображении, которое является инфракрасным изображением в искусственных цветах. Кредит: НАСА.

Интерпретация изображений

После обработки данных в изображения с различными комбинациями каналов эти изображения могут помочь в принятии решений по управлению ресурсами и оценке стихийных бедствий. Это требует правильной интерпретации образов. Есть несколько стратегий для начала работы (адаптировано из статьи NASA Earth Observatory «Как интерпретировать спутниковое изображение: пять советов и стратегий»):

1. Знайте масштаб — существуют разные масштабы, основанные на пространственном разрешении изображения, и каждый масштаб обеспечивает различные важные характеристики. Например, при отслеживании наводнения подробный вид с высоким разрешением покажет, какие дома и предприятия окружены водой. Более широкий вид ландшафта показывает, какие части округа или мегаполиса затоплены и, возможно, источник воды. Еще более широкий обзор показал бы весь регион — затопленную речную систему или горные хребты и долины, которые контролируют течение. Вид в полушарии показал бы движение погодных систем, связанных с наводнениями.
2. Ищите узоры, формы и текстуры — многие элементы легко идентифицировать по их узору или форме. Например, сельскохозяйственные угодья обычно имеют геометрическую форму, обычно круги или прямоугольники. Прямые линии обычно – это структуры, созданные человеком, например дороги или каналы.
3. Определение цветов — при использовании цвета для различения объектов важно знать комбинацию полос, использованную при создании изображения. Изображения в естественных или естественных цветах создаются с использованием комбинаций полос, которые воспроизводят то, что мы увидели бы своими глазами, если бы смотрели вниз из космоса. Вода поглощает свет, поэтому на полноцветных изображениях она обычно кажется черной или синей; солнечный свет, отражающийся от поверхности воды, может сделать ее серой или серебристой. Отложения могут сделать цвет воды более коричневым, а водоросли могут сделать воду более зеленой. Цвет растительности меняется в зависимости от сезона: весной и летом она обычно ярко-зеленая; осень может быть оранжевой, желтой и коричневой; а зимой может быть больше коричневых. Голая земля обычно имеет оттенок коричневого, хотя это зависит от минерального состава отложений. Городские районы обычно серые из-за широкого использования бетона. Лед и снег на изображениях в реальном цвете белые, как и облака. При использовании цвета для идентификации объектов или функций важно также использовать окружающие функции, чтобы поместить вещи в контекст.
4. Подумайте о том, что вы знаете — знание области, за которой вы наблюдаете, помогает идентифицировать эти особенности. Например, знание того, что область недавно была сожжена лесным пожаром, может помочь определить, почему растительность может выглядеть иначе на изображении, полученном с помощью дистанционного зондирования.

Количественный анализ

Различные типы земного покрова можно легче различать с помощью алгоритмов классификации изображений. Классификация изображений использует спектральную информацию об отдельных пикселях изображения. Программа, использующая алгоритмы классификации изображений, может автоматически группировать пиксели в так называемые неконтролируемая классификация . Пользователь также может указать области известного типа земного покрова, чтобы «обучить» программу группировать одинаковые пиксели; это называется контролируемой классификацией . Карты или изображения также можно интегрировать в географическую информационную систему (ГИС), а затем каждый пиксель можно сравнивать с другими данными ГИС, такими как данные переписи населения. Для получения дополнительной информации об интеграции данных НАСА по науке о Земле в ГИС посетите страницу Earthdata GIS.

Спутники также часто несут различные датчики, измеряющие биогеофизические параметры, такие как температура поверхности моря, диоксид азота или другие атмосферные загрязнители, ветры, аэрозоли и биомасса. Эти параметры можно оценить с помощью методов статистического и спектрального анализа.

Data Pathfinders

Чтобы помочь приступить к исследованиям приложений с использованием данных дистанционного зондирования, Data Pathfinders предоставляют руководство по выбору информационных продуктов, ориентированное на конкретные научные дисциплины и области применения, такие как упомянутые выше. Pathfinders предоставляют прямые ссылки на наиболее часто используемые наборы данных и продукты данных из коллекций данных НАСА по наукам о Земле, а также ссылки на инструменты, которые обеспечивают способы визуализации или подмножества данных с возможностью сохранения данных в различных форматах файлов.

Список 10 лучших источников бесплатных данных дистанционного зондирования

Потребность в высококачественных данных дистанционного зондирования резко возрастает с ростом применения методов дистанционного зондирования и числом исследований, проводимых каждый день. Каждый анализ дистанционного зондирования вращается вокруг термина ДАННЫЕ с указанным разрешением, местоположением, датчиком и, прежде всего, он должен быть БЕСПЛАТНЫМ. Здесь я перечислил некоторых ведущих игроков, бесплатно предоставляющих данные дистанционного зондирования.

1. ГЛОВИС

Средство просмотра глобальных визуализаций Геологической службы США (GloVis) является одним из быстрых и простых онлайн-инструментов для поиска и заказа выбранных спутниковых и аэрофотоснимков, особенно для начинающих. Инструкцию по загрузке данных можно найти здесь.

Продукты, доступные для загрузки: Digital Orthophoto Quadrangle (DOQs), EO-1 ALI (Earth Observing-1 Advanced Land Imaging), EO-1 Hyperion (Earth Observing-1 Hyperion), Global Land Survey (GLS), Landsat 4 -5 TM (L4-5 TM C1 Level-1), Landsat 7 ETM+ (L7 ETM+ C1 Level-1), Landsat 8 OLI/TIRS (L8 OLI/TIRS C1 Level-1), Sentinel-2, ISRO ResourceSAT 1 и 2 – датчик AWIFS, ISRO ResourceSAT 1 и 2 – датчик LISS-3, OrbView-3 компании GeoEye (OrbView-3).

2. Наблюдение за Землей НАСА (NEO)

NASA Earth Observation имеет более 50 наборов данных об атмосфере, земле, океане, энергии, окружающей среде и многом другом с ежедневной, еженедельной и ежемесячной периодичностью. Наборы данных доступны в форматах JPEG, PNG, Google Earth и GeoTIFF.

3. Исследователь Земли Геологической службы США

USGS Earth Explorer останется лучшим порталом для получения данных дистанционного зондирования по целому ряду причин. В частности, широкий спектр спутниковых и аэрофотоснимков, широкий диапазон критериев поиска и последовательное расположение спутниковых изображений делают Earth Explorer профессионалом с точки зрения загрузки изображений. Геологическая служба США предоставляет вам полный доступ к продуктам и услугам NASA по наземным данным, таким как гиперспектральные данные Hyperion, данные рассеянного радара и отражательная способность поверхности земли MODIS и AVHRR.

4. Данные ESA Sentinel

Центр открытого доступа Copernicus (ранее известный как Центр научных данных Sentinels) предоставляет полный, бесплатный и открытый доступ к пользовательским продуктам Sentinel-1, Sentinel-2 и Sentinel-3, начиная с проверки ввода в эксплуатацию на орбите (IOCR). Дозорные данные ЕКА преследуют USGS Earth Explorer с большим количеством полос и более четким разрешением.

5. Данные о Земле НАСА

После вывода из эксплуатации системы поиска и обнаружения данных Reverb 1 января 2018 года поиск данных о Земле станет основным средством поиска и обнаружения данных наблюдений за Землей НАСА. Результатом станет более быстрый поиск данных и более релевантные результаты поиска для пользователей данных EOSDIS. Поиск Earthdata использует инструмент поиска Клиента с поддержкой естественного языка, чтобы быстро сузить список нужных коллекций, как показано в руководстве.

Подобно NASA Reverb, Earth Data связывается с множеством спутников, таких как NASA DC, спутники GPS, SMAP, JASON, METEOSAT, ALOS, TRMM, Aura, Aqua и многими другими.

6. Класс NOAA

 

Класс

NOAA (Национальное управление океанических и атмосферных исследований) имеет отдельную систему онлайн-библиотеки данных, пул бесплатных высококачественных и ценных наборов географических данных, которые отличают их друг от друга. Комплексная система управления большими массивами данных (CLASS) действительно не имеет себе равных благодаря обилию данных, собранных из других богатых и жизнеспособных источников, таких как полярно-орбитальный оперативный экологический спутник (POES) Министерства обороны США, Экологический спутник (GOES), геостационарный, оперативный, NOAA и другие производные данные. Однако по сравнению с Геологической службой США класс NOAA по-прежнему остается любительским.

7. Цифровое побережье NOAA

Если вам нужны только данные о побережье, нет лучшего портала, чем Digital Coast от NOAA. Просто определите интересующий вас объект и выберите для загрузки набор бесплатных спутниковых изображений, таких как инфракрасные, радарные и полноцветные композитные изображения. Помимо данных о побережье, вы также получите изображения, данные о растительном покрове, высотах, социально-экономические данные и данные о бентосе.

8. IPPMUS Terra

IPUMS Terra объединяет данные переписи населения со всего мира с глобальными данными об окружающей среде, позволяя пользователям получать настраиваемые наборы данных, которые включают данные из нескольких источников в единую связную структуру. Данные по конкретной стране можно получить в Terraclip с данными MODIS.

9. КОПЬЕ

Земля, атмосфера Возможность работы в режиме, близком к реальному времени, для EOS (LANCE) поддерживает пользователей приложений, заинтересованных в мониторинге широкого спектра природных и техногенных явлений. Данные и изображения в режиме, близком к реальному времени (NRT), с приборов AIRS, AMSR2, MISR, MLS, MODIS, OMI и VIIRS доступны намного быстрее, чем позволяет рутинная обработка. Большинство продуктов данных доступны в течение 3 часов после спутникового наблюдения. Изображения НЗТ обычно доступны через 3-5 часов после наблюдения.

10. ВИТО Вижн

VITO Vision предоставляет грубые данные о растительности от PROBA-V, SPOT-Vegetation и METOP. Эти спутники с низким разрешением вырезают узоры растительности на поверхности Земли. Простой в использовании интерфейс и бесплатные спутниковые данные низкого разрешения. Этот тип данных хорош для крупномасштабных приложений, которым не нужны более мелкие детали.

Каждый портал делает регистрацию обязательной для загрузки данных. Так что зарегистрируйтесь и скачайте данные дистанционного зондирования бесплатно 🙂

Скажи спасибо за эту статью (6)

Следующая статья

Поскольку это финальные выходные Лиги чемпионов УЕФА, давайте посмотрим на самые известные и самые большие футбольные стадионы Европы. Они огромные и потрясающие. Изображения предоставлены TerraServer.com. Здесь ознакомьтесь с самыми большими футбольными стадионами на спутниковых снимках.

1. Камп Ноу, ФК Барселона

Вместимость: 99 354. Стадион является домашней ареной команды ФК Барселона и является крупнейшим футбольным стадионом в Европе. Он был открыт в 19 году.57 и в был продлен на финал Кубка европейских чемпионов 1989 года, а также финал Лиги чемпионов 1999 года.

2. Сантьяго Бернабеу, Реал Мадрид

Вместимость: 85 454. Стадион Реал Мадрид и сборной Испании. Первоначально открытый в 1947 году, Сантьяго Бернабеу с тех пор дважды ремонтировался — в 1982 и 2001 годах — чтобы соответствовать амбициям «Галактикос».

3. Олд Траффорд, Манчестер Юнайтед

Вместимость: 75 731. «Олд Траффорд» — стадион, на котором играет команда «Манчестер Юнайтед». Открыт в 1910 и обновленный в 2006 году. Это самый большой клубный стадион Англии.

4. Альянц Арена, ФК Бавария Мюнхен

Вместимость: 71 437. Allianz Arena – футбольный стадион команды «Бавария Мюнхен». Стадион, открытый в 2005 году, является домашним стадионом обеих мюнхенских футбольных команд: мюнхенской «Баварии» и мюнхенской «1860». Это единственный стадион в Европе, который может менять цвет, чтобы отразить, какая из двух команд играет: красный для «Баварии» и синий для «1860 Мюнхен»

.

5. Сигнал Идуна Парк, Боруссия Дортмунд

Вместимость: 80 645. Открытый в 1974 году Signal Iduna Park является домашней ареной дортмундской Боруссии и является крупнейшим стадионом в Германии.

6. Сан-Сиро, Милан

Вместимость: 80 018. Стадион Джузеппе Меацца в Милане, также известный как Сан-Сиро, является домом для команд «Милан» и «Интернационале». Строительство стадиона завершилось в 1925 году в миланском районе Сан-Сиро. С тех пор стадион обновлялся для проведения финалов Кубка европейских чемпионов 1965 и 1970 годов, а также финала Лиги чемпионов 2002 года.

7. «Энфилд», «Ливерпуль»

Вместимость: 45 276. Открытый в 1884 году, является домашним стадионом футбольного клуба «Ливерпуль». команда. Хотя это и не огромный стадион с точки зрения вместимости, он обладает легендарной атмосферой, что делает его одним из величайших стадионов в мире.

8. Селтик Парк, Глазго

Вместимость: 60 355. Открытый в 1892 году «Селтик Парк» является старейшим и крупнейшим стадионом Шотландии.

9. Стадион Ювентус, Турин

Вместимость: 41 254 человека. Открытый в 2011 году домашний стадион футбольного клуба «Ювентус».