- •Закономерности генерализации изображения космических снимков.
- •1. Технологическая схема процесса дешифрирования
- •2. Полевое дешифрирование и его виды
- •1 Основные понятия ландшафтной индикации
- •2 Группы индикаторов
- •3 Группы компонентов ландшафтов
- •4. Связь индикаторов с индикатами
- •Фонд космических съемок
- •4.2. Космический сегмент Космический сегмент Республики Беларусь
- •Основные характеристики бка
- •Национальный оператор дзз
- •Древесная растительность
- •Травянистая растительность
4. Связь индикаторов с индикатами
Индикаторы по характеру связке индикатом и по степени географической устойчивости, этой связи делятся на определенные группы. По первому из указанных свойств среди индикаторов различают прямые и косвенные. К прямым относятся те, которые имеют непосредственную связь с индикатами, а к косвенным, которые связаны с индикатом через какое-либо промежуточное звено. Например, в песчаных пустынях фитоценозы с господством фреатофитов, присутствие которых возможно лишь в условиях связи их корневой системы с грунтовыми водами, являются прямыми индикаторами последних, а растения, указывающие на благоприятные условия аэрации песков и инфильтрации осадков в них, – лишь косвенными, так как позволяют только предполагать возможность формирования под песками линз грунтовых вод.
По степени географической устойчивости своей связи с индикатом индикаторы могут быть разделены на панареальные, региональные и локальные. К первым относятся те, которые сохраняют единообразную связь с индикатом на всей той территории, в пределах которой они встречаются (т. е. своего ареала). Региональный индикатор сохраняет свое значение лишь в пределах одной или нескольких областей со сходными физико-географическими условиями. Локальные индикаторы обладают устойчивой связью с индикатом только в каком-либо узком физико-географическом районе. Панареальные индикаторы обычно являются прямыми, региональные и локальные индикаторы чаще бывают косвенными (Викторов, Востокопа, Вышивкин, 1962). Как уже отмечалось, косвенные региональные индикаторы в любом районе оказываются обычно значительно более частыми, чем прямые панареальные. Это придает большинству индикационных закономерностей определенную географическую изменчивость. Она приобретает большое значение при экстраполяции индикаторов, т. е применения того или иного индикатора с территории, для которой он был выявлен, на другие территории, более или менее аналогичные по физико-географическим условиям.
Экстраполяция индикационных закономерностей является одной из важнейших проблем практики индикации, так как производство специальных исследований по выявлению индикаторов и индикатов в каждом районе нерентабельно. В настоящее время различают следующие основные виды экстраполяции: а) внутриконтурную – распространение результатов индикационных исследований, произведенных у точки наблюдения, на . весь прилежащий ландшафтный контур, б) внутриландшафтную – в пределах площади, занятой определенным ландшафтом, в) региональную – в пределах региона (т. е. крупного физико-географического комплекса), г) дальнюю, представляющую собой распространение применения индикационной схемы, составленной для одного региона, на другие, имеющие некоторые общие черты с первым, но лежащие или в других частях той же природной зоны (зональная экстраполяция), или в разных зонах (интерзональная экстраполяция). Для обоснования экстраполяции необходим анализ степени однородности изучаемых регионов, сходства их ландшафтной структуры и зависимости ее от факторов, обусловливающих зональное и внутризональное расчленение территории. Важнейшим методическим приемом при этом оказывается выделение ландшафтов – аналогов, которые, собственно, и создают основу для экстраполяции. Обнаружение таких ландшафтов является предметом специальных сравнительных физико-географических исследований, проводимых обычно камеральным путем, с помощью сопоставления литературных и картографических материалов.
При экстраполяции следует дифференцированно оценивать возможность ее для комплексных ландшафтных индикаторов и для частных; последняя может оказаться изменчивой даже в пределах одного района, если он достаточно велик. В частности, для геоботанических индикаторов особенно велико значение вытянутости района с севера на юг. В целом достоверная экстраполяция ландшафтных индикаторов достаточно надежна лишь в пределах ландшафтов и физико-географических областей, если они выделены с учетом геологического строения территории и ее генезиса. Дальняя и особенно межзональная экстраполяция пока довольно сомнительны (Валях, Чаповский, 1977).
Одной из важнейших характеристик любого индикатора является его достоверность, определяющая во многих отношениях его практическую ценность. Единых общепринятых способов оценки этого свойства индикаторов, как частных, так в особенности комплексных, пока не разработано. Наиболее исследован этот вопрос для ботанических, геоботанических и геоморфологических индикаторов, для ориентировочной количественной оценки достоверности которых существуют различные шкалы. Обычно достоверность индикатора определяется путем оценки степени сопряженности (совместной встречаемости) индикатора и индиката, вычисленной после изучения некоторого числа пробных участков, на которых встречен исследуемый индикатор и проверено наличие или отсутствие индиката. Одна из распространенных, но упрощенных шкал достоверности геоботанических индикаторов имеет следующий вид. В отдельных отраслях индикационного ландшафтоведения, в частности в индикационной геоботанике, существуют более совершенные и точные способы оценки достоверности индикаторов (Миркин, Розенберг, 1978).
Для оценки практической эффективности индикатора кроме достоверности следует знать его значимость, т. е. частоту, с которой он встречается в связи с объектом индикации (в пределах определенного района). Значимость является как бы дополнением к оценке достоверности, поскольку два индикатора, одинаково достоверные, могут встречаться в связи с объектом с разной частотой: один может присутствовать во всех сделанных нами описаниях, другой – только на малой его части. Авторы, предложившие понятие значимости (Викторов, Востокова, Вышивкин, 1962), указывают, что достоверность и значимость не тождественны друг другу, а способы определения их существенно различны. Оценивая достоверность, исходят из всей суммы участков, на которых встречен индикатор, и выявляют, на скольких из них присутствует индикат, а при оценке значимости исходят из суммы участков с присутствием объекта индикации и определяют, на скольких из них отмечено наличие индикатора. Указанные характеристики были предложены для ботанических и геоботанических индикаторов, но они могут быть применены ко многим другим труппам.
При пользовании ботаническими индикаторами (видами, расами, тератами) рекомендуется определять (Викторов, Востокова, Вышивкин, 1962) еще и их концентрацию. Под ней подразумевают ту степень обилия, или покрытия, с какой ботанический индикатор встречается вместе с объектом индикации. Представим, что какие-либо два вида растений, имеющих одинаковые степени достоверности и значимости, встречаются в существенно различном обилии (покрытии). Обилие одного велико, и он получит высокую оценку концентрации, другой же хотя и достоверен и значим, но встречается в таких ничтожных обилиях, что почти не может быть обнаружен. Таким образом, степень концентрации отчасти является показателем заметности ботанического индикатора. Определение концентрации не получило пока широкого распространения, но при изучении растительных индикаторов полезных ископаемых (где обычно имеют дело с весьма дробными таксонами систематики растений) оно, безусловно, полезно.
Шкалы значимости и концентрации имеют несколько условий и эмпирический характер. Они разработаны на примере аридных регионов (шкала концентрации – только для Ферганы), и применимость их в иных условиях нуждается в проверке. Шкалы приведены » табл. 1 и 3 (шкала концентрации дана только в величинах покрытия, поскольку этот показатель наиболее эффективен для ориентировочной характеристики заметности).
. Использование материалов аэро- и космических съемок при создании геоинформационных систем
В различных областях человеческой деятельности стремительно развиваются информационные технологии. В общем понимании информационная технология включает:
теорию,
методы,
средства,
системы,
направленные на сбор, обработку и использование информации.
Существуют специализированные пространственные информационные системы для работы с информацией об объектах, явлениях и процессах, имеющих определенное место в координатном пространстве. Такие системы принадлежат к классу географических информационных систем, обозначаемых сокращенно ГИС. При организации и управлении территорий, ведении кадастра и мониторинга земель применяют геоинформационные системы, которые представляют собой модель пространственного размещения объектов местности с соответствующей смысловой (атрибутивной) информацией о каждом из них. ГИС представляет собой инструмент для принятия практических решений определенной тематической направленности на основе всеобъемлющей информации, хранящейся в ее среде. Геоинформационные технологии это процесс:
организации,
связи,
манипулирования,
анализа,
представления пространственных данных.
ГИСы имеют различную организацию, поэтому круг и сложность решаемых задач также широки и разнообразны. Например, можно ограничиться получением статистической информации о конкретном землевладении и регистрации земельной собственности или выполнить анализ глобальных проблем, связанных с сохранением экологического равновесия в зонах деятельности предприятий. С помощью ГИС можно выполнять:
мониторинг народонаселения,
производства сельскозяйственной продукции,
последствий природных катастроф,
оптимизацию маршрутов движения общественного или личного транспорта,
расположения площадок под промышленное или жилищное строительство,
проложения трубопроводов, линий электропередач, дорог и т. п.
Любая геоинформационная система состоит из пяти основных компонентов:
аппаратные средства;
программное обеспечение;
данные;
исполнители;
методы.
Аппаратные средства представляют собой различные типы компьютеров. Это могут быть отдельные персональные компьютеры и связанные в единую сеть посредством мощного сервера.
Программное обеспечение ГИС позволяет выполнять различные операции по вводу, хранению, анализу и визуализации пространственной информации. Программы включают отдельные составляющие: модуль ввода картографической информации и действий с ней; систему управления базой данных; программу запроса пространственной информации, ее визуализации и анализа, графический пользовательский интерфейс для оперативного доступа к хранящейся информации. В некоторых ГИС используется дополнительное программное обеспечение для решения специальных задач, например для автоматического проектирования или тематического углубленного статистического анализа.
Данные, хранящиеся в информационной базе, являются наиболее важным компонентом ГИС. Прежде всего, это планово-картографическая основа, получаемая пользователем с помощью программного обеспечения самой ГИС или приобретенная у других производителей данной продукции. Создание планов и карт в рамках самой ГИС можно осуществлять по материалам наземной геодезической съемки или фотограмметрическим методом, по аэро- и космическим снимкам. Смысловую и статистическую информацию получают из соответствующих организаций и подразделений в виде отчетов, таблиц, картограмм и т. п. При работе со снимками основную информацию получают в процессе дешифрирования. В ГИС объединяются данные о пространственном положении объектов с атрибутивной информацией о них, при этом существующие в ее среде системы управления базой данных (СУБД) позволяют систематизировать сведения, управлять информационными потоками и использовать их для решения конкретных задач.
Исполнители, работающие с программными средствами ГИС, разрабатывают стратегию оптимального использования возможностей системы при реализации поставленной задачи. Квалификация исполнителей определяется знаниями компьютерных технологий, аэро- и космической съемки, фотограмметрии и дешифрирования, геодезии, картографии и в направлениях областей исследования, например землеустройстве, кадастре или планировке поселений.
Методы представляют собой сочетание оптимально составленного плана работы, соответствующего специфике конкретной решаемой задачи и возможностям геоинформационной системы. Выбор метода, строгость его организации и исполнения определяют успех и эффективность применения ГИС.
Современные геоинформационные системы, как правило, имеют подсистемы обработки аэро- и космических фотографических или нефотографических (радиолокационных и тепловых) снимков. Получаемые в результате ортофототрансформирования изображения являются основой для создания базовых топографических планов и карт, которые в свою очередь представляют собой в ГИС базу для пространственного размещения информации. Преобразовывать цифровые изображения можно не только в прямоугольную систему координат, но практически в любую из применяемых в картографии. В процессе создания ортофотоизображений программными средствами улучшается качество изображений: проводится выравнивание по оптической плотности, повышается проработка деталей в тенях, изменяется контрастность изображений, цвет изучаемого класса объектов и т. п. Улучшение качества изображения способствует повышению точности фотограмметрической обработки и интерпретации изображений.
ГИС могут быть специального назначения для решения довольно узкого тематического круга задач или многофункциональные, применяемые для сбора, анализа информации и составления оптимальных проектов широкого спектра человеческой деятельности.
На сегодняшний день, термин геоинформационные системы (ГИС) принято понимать в 2 смыслах:
система сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных (географических) данных и связанной с ними информацией о необходимых объектах.
инструмент (программный продукт), позволяющий пользователям искать, анализировать и редактировать цифровые карты, а также дополнительную информацию об объектах, например высоту здания, адрес, количество жильцов.
ГИС-программы позволяют хранить и визуализировать не только пространственную информацию, но и большое количество самых разнообразных сопутствующих данных. Визуализация накопленных данных отличается высокой образностью, целостностью представляемой картины и легкостью восприятия. Наконец, с использованием ГИС связан высокий аналитический потенциал, необходимый при обработке данных. В этом заключается актуальность использования ГИС в экологии и природопользовании.
Под данными дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) понимаются первичные и производные материалы аэросъемок и космических съемок, полученные в результате съемки Земли со спутников, оборудованных специализированными сенсорами. Такие данные различаются по пространственному охвату территории съемки, разрешению снимка, количеству каналов съемки и дате съемки.
Наиболее известными и легкодоступными данными ДЗЗ являются снимки, сделанные в видимом диапазоне (например: снимки предоставляемые сервисами Google, Yandex, Yahoo и др.). Существуют другие данные, включающие в себя несколько спектральных каналов. Например: Landsat, ASTER, SPOT. Сравнивая и комбинируя значения яркости разных каналов, можно получать важные данные о тех или иных явлениях на поверхности Земли, которые визуально определить невозможно.
В геоэкологических исследованиях чаще всего используются мультиспектральные снимки, как наиболее информативные. Часть из них можно получить в свободном доступе, другие только на договорной основе. Стоимость таких снимков зависит от их конкретных характеристик.
Актуальность использования данных ДЗЗ объясняется достоинствами таких данных. Они заключаются в следующем:
Достоверность предоставляемой информации
Сравнительно большой охват территории съемки
Периодическое обновление снимков
Относительно легкая доступность
Для работы с ГИС и обработкой данных ДЗЗ используется программное обеспечение: ArcGIS 9.3 (ESRI) и ENVI 5.0 (Exelis VIS).
Основные результаты работы, связанные с ГИС и обработкой данных ДЗЗ:
1. Создание геоинформационной базы данных природных территорий. База данных содержит комплекс основной информации о территории (границы, зонирование, природоохранное обустройство, места обитания видов, включенных в Красную книгу, уникальные природные объекты и т.п.). Помимо самой базы данных в состав ГИС-проекта встроен специально спрограммированный модуль, который представляет собой инструмент, компилирующий (из атрибутивных данных базы) информацию в специальные формы.
2. Создание геоинформационных баз данных районов. Базы данных содержат полную информацию о территории, включая результаты исследований различных направлений.
3. Исследования многолетней динамики геосистем.
4. Инвентаризация природных и антропогенных объектов.
5. Создание тематических карт.
6. и др.
Мировой фонд космических съемок.