32. Гис и данные дистанционного зондирования. Тематическая обработка и интерпретация данных. Методы дешифрирования аэрокосмических снимков

ДЗ осуществляется в видимом, тепловом и радиолокационном диапазонах электромагнитного спектра. Изображения различаются разрешающей способностью, размерами территории и др.параметрами. Стадии работы с ДДЗ: а) прием, б) хранение, в) обработка, г) интерпретация.

Технические и программные средства сбора ДДЗ обеспечивают прием изображений на антенну, прием и обмен изображений по компьютерным линиям связи, оцифровку изображений с негативов, фото и видеофильмов с последующей векторизацией.

Хранение ДДЗ организовано в виде обновляемых компьютерных архивов и метаданных.

Тематическая обработка материалов съемок состоит из опознавания, ограничения, идентификации и классификации природных и техногенных объектов. Благодаря компьютерной обработке достигается более высокая контрастность изображения, улучшается возможность дешифрирования.

Комплексная интерпретация результатов обработки основывается на сопоставлении дистанционных материалов с ландшафтными, экологическими, геологическими, почвенными, тектоническими, экологическими и другими тематическими картами, а также данными наземных наблюдений (геохимические и геофизические съемки, схемы землеустройства и землепользования и т.п.).

Организовать комплексную сопряженную интерпретацию данных можно с помощью ГИС. Материалы ДЗ также хранятся в электронном виде в картографических проекциях, что позволяет рассматривать их как компонент единой компьютерной модели территории наряду с существующими компьютерными моделями местности.

В настоящее время нет универсального машинно-программного комплекса, удовлетворяющего всем потребностям дешифрирования. Однако составляющими этого комплекса могут считаться отдельные программы: Erdas Imagine, Ermapper, IDRISI, ENVI, Photomode, Lessa и др.

Стандартная обработка снимков включает: 1) привязку растра к местности, 2) стандартная классификация, 3) анализ главных компонент, 4) улучшение изображения по краям, 5) сглаживание, 6) разложение и интеграция сопряжено обрабатываемых данных, 7) вычисление индекса вегетации и др.

Динамический компилятор интегрирует разнообразную информацию по совмещению изображений из разных источников, работает во многих окнах одновременно с несколькими изображениями. Это создает принципиально новые возможности для исследования.

Технологические операции обработки ДДЗ при автоматизированном дешифрировании. Входной информацией является изображение в цифровом виде. Оцифровка производится непосредственно на борту летательного аппарата (ИСЗ «Ресурс», Landsat…). На этапе предварительной обработки осуществляется устранение механических искажений, появляющихся при сканировании. Затем следует операция геометрической коррекции, т.е. трансформирование изображения в принятую картографическую проекцию для последующей точной географической увязки с существующими картами.

При необходимости осуществляется монтаж нескольких изображений в единое (составление мозаики). Для монтажа следует использовать изображения, прошедшие геометрическую коррекцию или ортотрансформирование (для горных районов).

Далее возможна яркостная коррекция – серия процедур для улучшения яркости и контраста, эквализация и пр. Эквализация предназначена для выявления объектов, располагающихся в пределах светлых или темных пятен. Нормализация – преобразование яркости. Пригодность к дешифрированию оценивается экспертом (дешифровщиком).

В основу компьютерного дешифрирования положены измерения четырехмерных (две пространственные координаты, яркостная и временная) распределений радиационных потоков, излучаемых и отражаемых природными объектами.

Каждому пикселу соответствует свое значение яркости (спектральная яркость), которое зависит от многих факторов: характера пород, почвы, растительности, состояния атмосферы, расчлененности рельефа, деятельности человека. Обработка изображения ориентирована на устранение этих искажений и усиление яркостных отличий объектов дешифрирования.

Тематическая обработка изображения включает: арифметические операции, логические операции, фильтрацию, классификации и др. приемы дешифрирования.

Существуют четыре операции над изображениями, выполняемые как арифметические действия: сложение, вычитание, умножение и целочисленное деление двух изображений, полученных в разных спектральных каналах, позитива и негатива, или двух вариантов предварительной фильтрации изображения.

Участки повышенной яркости (выше установленного диапазона) окрашиваются. Благодаря этому возможен визуальный контроль арифметических операций.

Фильтрации изображения применяются для улучшения его качества, снятия шума и выделения интересующих исследователя объектов. Используются сглаживающие фильтры и фильтры, выявляющие перепады яркости. Принцип действия – преобразование значений яркости каждой точки изображения на основе информации о яркости ее соседей в какой-то окрестности. Изображение фильтруется матрицей определенного размера, коэффициенты задаются произвольно.

Может использоваться операция бинаризации в соответствии с заданным значением порога. Все точки, яркость которых выше заданного порога становятся белыми, остальное – черным. Порог выбирается исследователем при изучении распределения яркости по изучаемым объектам. Варьирование порогом бинаризации позволяет выделить площадные объекты на изображении, знание распределения яркости по структурно-вещественным комплексам - произвести интерпретацию объектов.

Большие возможности связаны с автоматическими классификациями многозональных изображений (с предварительным обучением на эталонах или с задаваемыми параметрами). Классификации основаны на том, что различные природные объекты имеют в разных диапазонах электромагнитного спектра разные яркости. Анализ яркостей позволяет идентифицировать ландшафты, почвы, растительность, геологические тела, загрязнения.

Дешифрируется значительное число линеаментов – линейных структур. Это важно для поиска полезных ископаемых, сейсмологии.

Данные ДЗ как основа компьютерной модели территории. В связи с тем, что ДДЗ содержат информацию обо всех параметрах природной среды (сельскохозяйственных, ландшафтных, геологических, экологических и пр.), комплексную интерпретацию и экспертную оценку результатов дешифрирования целесообразно проводить в ГИС. Здесь осуществляется переход от перегруженных карт к серии взаимно увязанных специализированных карт. Их связь позволяет производить комплексную интерпретацию данных дешифрирования, выявлять неочевидные связи между объектами.

Контуры картографических объектов могут быть наложены на космические снимки. Решается обратная задача – выявление и уточнение картографических изображений по данным съемки.

Так что, перспективы для географов при наличии ДДЗ и овладении приемами автоматизированной обработки и дешифрирования весьма широкие.