Тема Источники создания карт 1 Источники создания

Тема: Источники создания карт 1

Источники создания карт: Ø астрономо-геодезические данные; Ø картографические источники; Ø Данные Дистанционного Зондирования (ДДЗ); Ø натурные наблюдения и измерения; Ø гидрометеорологические наблюдения; Ø экономико - статистические данные; Ø текстовые источники (отчеты экспедиций, научные труды, статьи. . . ); Ø цифровые модели. 2

Глобальные спутниковые навигационные системы (ГНСС) используются для определения координат в любой точке на местности в единой мировой системе координат и для установления точного времени; основаны на использовании искусственных спутников, запущенных на высокие орбиты и посылающих на Землю радиосигналы, создавая вокруг земного шара "информационное поле". 3

ГНСС, функционирующие или находящиеся в стадии развертывания: • GPS - США; разработка началась в 1973 г. Министерством обороны США; с - 1995 покрывает весь земной шар и обслуживает как военных, так и гражданских плользователей; • ГЛОНАСС - Россия, разрабатывается с середины 70 -х г. г. , в наст. время идет ее ГЛОНАСС активное восстановление и развитие; используется как в военных, так и в гражданских целях. Пока функционирует частично. Когда количество действующих спутников будет доведено до 24, навигационная система станет глобальной; • GALILEO (европейская спутниковая система позиционирования, находится в GALILEO стадии развертывания, предполагается, что будет состоять из 30 спутников). • COMPASS (Бэйдоу ) (Китай, в стадии развертывания, будет состоять из 30 спутников). 4

GPS (глобальная система позиционирования) состоит из 3 -х сегментов: • космический - спутниковая система NAVSTAR Спутники находятся на 6 круговых орбитах высотой около 20 тыс. км; движутся со скоростью около 3 км/сек, совершают два полных оборота вокруг Земли менее, чем за 24 часа. üизначально система NAVSTAR состояла из 24 спутников, в 2007 г. кол-во спутников достигло 31. 24 спутника обеспечивают 100% покрытие земного шара, но не всегда дают уверенный приём и хороший расчёт позиции. Поэтому для увеличения точности позиционирования и резерва на случай сбоев, устанавливается большее число спутников на орбите. Максимальное возможное число одновременно работающих спутников в системе NAVSTAR ограничено 32. • наземный – состоит из сети наземных станций слежения, слежения осуществляющих слежение за орбитальной группой спутников; • пользовательский - состоит из портативных и стационарных GPS-приемников. Спутники излучают сигналы, а GPS-приемники получают эти сигналы и по принятой информации вычисляют свое местоположение. Схема расположения спутников американской спутниковой навигационной системы GPS NAVSTAR 5

GPS Определение координат посредством GPS ü GPS-приемник улавливает радиосигналы с нескольких космических спутников и определяет их взаимное расположение и расстояние до каждого из них (расстояние зависит от времени прохождения радиосигнала от спутника до GPS-приемника), после чего вычисляет свои координаты по законам геометрии. ü Для определения 2 -х координат (широты и долготы) достаточно долготы сигналов с 3 спутников, а для определения еще и высоты - с 4. 3 6

GPS Характеристики GPS-приемника ü GPS-приемник показывает: три текущие координаты (долгота, широта, высота над уровнем моря), направление и скорость движения, точное время. При сохранении координаты текущей точки в памяти прибора, GPS будет показывать: – направление на заданную точку, – расстояние до нее, – отклонение курса, – ожидаемое время прибытия в точку, – пройденный путь и т. д. GPS-приемник GPS имеют память на 100 -1000 путевых точек. Из нескольких точек можно заранее создать маршрут, по которому будет вести приемник. 7

GPS Источники ошибок сигналов GPS § Намеренное загрубление сигнала: до 2000 г. основным источником погрешности был режим «селективного доступа» (SA) для снижения точности гражданского сигнала GPS: в сигналы спутников для бытовых GPS-навигаторов вводилась погрешность, позволяющая определять местоположение с точностью 30 -100 м, хотя принципиально точность GPS-системы может достигать нескольких сантиметров. С 2000 года режим SA был отключён. В наст. время возможная техническая отключён точность гражданских GPS равна 5 -10 м. § количество видимых спутников - чем больше спутников может видеть приемник, тем лучше точность. Модули глобальной системы обычно не будут работать в закрытом помещении, под водой или землей. § геометрия видимых спутников, т. е. как они расположены относительно друга и приемника) - точность возрастает, если спутники находятся в разных направлениях; § переотражение спутникового сигнала от различных объектов (зданий, рельефа местности); § задержка прохождения сигнала из-за различных атмосферных явлений (влажность, давление и т. д. ). 8

Использование GPS: § картография, землеустроительные работы (дорожное строительство, прокладка коммуникаций). § навигация (на транспортных средствах, космических аппаратах, при перемещениях пешком). § оптимизация транспортных потоков и повышения качества грузовых и пассажирских перевозок § экологический контроль § поисковые работы и спасательные операции § создание и обновление данных в ГИС. http: //www. glonass-ianc. rsa. ru/ 9

Данные Дистанционного Зондирования (ДДЗ) ДДЗ - данные о поверхности Земли, объектах, расположенных на ней или в ее недрах, полученные в результате неконтактной (дистанционной) съемки с помощью аппаратуры наземного, воздушного или космического базирования. Этапы ДЗ: • Наличие источника энергии или освещения (A) • Прохождение излучения через атмосферу (B). • Взаимодействие с объектом исследования (C). • Регистрация энергии сенсором (D) и запись информации на носитель. • Передача, прием и обработка информации (E) • Интерпретация и анализ изображения с помощью ЭВМ(F). • Применение полученной информации (G). 10

ДДЗ Дистанционная съемка (ДЗ) может быть: пассивной - фиксируется отраженное солнечное или собственное (тепловое) излучение объектов, активной - основана на облучении снимаемых объектов (например, радиоволнами, лазер) и фиксации отражения этого искусственного излучения. Электромагнитное излучение может фиксироваться § в одной зоне электромагнитного спектра (одноканальная съемка) § или сразу в нескольких (многозональная съемка). ØСъемка в ДЗ проводится в следующих диапазонах спектра (1 мкм=10 -6 м): ультрафиолетовый : 0, 1 - 0, 4 мкм, видимый: 0, 4 - 0, 8 мкм, инфракрасный: 0, 8 мкм – 1 мм, радиоволновый: >1 мм; съемка ведется в ультракоротком диапазоне радиоволн (1 мм - 10 м), чаще всего в его коротковолновой (микроволновой) части (1 мм-1 м). 11

ДДЗ Главные качества ДДЗ: • высокая детальность, • охват обширных пространств, • возможность получения повторных снимков, • возможность изучения труднодоступных территорий. Применение: • • • поиск полезных ископаемых; экологический мониторинг; изучение строения земной коры оценка урожая сельхозугодий; изучение флоры и фауны; городское планирование; обнаружение лесных пожаров; оценка последствий стихийных бедствий, создания и обновления карт, создания баз данных ГИС. 12

Виды ДДЗ по методу регистрации изображения: изображения – Аналоговые (фотографические) изображение фиксируется на пленку, которая после приземления летательного аппарата или спускаемой капсулы проявляется и сканируется для использования в компьютерных технологиях. – Цифровые (в том числе сканерные, радиолокационные) – передаются по радиоканалам в цифровом виде. Сравнение цифровых и аналоговых систем съемки: • цифровые системы съемки имеют преимущество перед аналоговыми в оперативности (сразу передаются на Землю по радиоканалу); • но уступают фотографическим в разрешающей способности. 13

Цифровые снимки: Цифровые • сканерные При сканировании луч перемещается поперек направлению движения для последовательного просмотра какого-либо участка. Отраженный сигнал регистрируется и в результате получаются снимки со строчной структурой, состоящей из пикселов (ячеек). Внутри ячеек детали изображения уже неразличимы • радиолокационные (радарные) Съемка ведется в ультракоротком диапазоне радиоволн с помощью радара. Радар - активный сенсор: сам облучает снимаемый участок и фиксирует отраженный сигнал. «+» - Радиоволны, почти не поглощаясь, проходят через облачность и туман. Поэтому время суток (солнечное освещение), погода для радарных съемок роли не играют, в отличие от других видов снимков. 14

ДДЗ Главные характеристики ДДЗ • пространственное разрешение; • спектральный диапазон съемок; • геометрические особенности изображения распределение искажений). (вид проекции, определяет минимально различимый размер объекта на местности Ø Пространственное разрешение (ПР) (у систем космической съемки от нескольких километров до десятков сантиметров). ПР зависит от освещённости снимаемых объектов, их яркости, спектральных характеристик и технических параметров съёмки. Классификация снимков по ПР: • >= 250 м – низкое разрешение • 10 - 250 м – среднее • 1 -10 м – высокое • <1 м – сверхвысокое 15

Космический снимок высокого пространственного разрешения (1 м в панхроматическом режиме) 16

Характеристики ДДЗ : спектральный диапазон съемок Ø Спектральный диапазон съемок определяется числом и границами участков электромагнитного спектра, где происходит фиксация электромагнитного излучения. Спектральные диапазоны, используемые в ДЗ: ультрафиолетовый, видимый, инфракрасный, радиоволновый. Наиболее востребованные диапазоны: видимый и инфракрасный. Снимки могут быть одноканальными и многоканальными. ÄВидимый диапазон (видимый свет): В видимом диапазоне разные спектральные зоны выделяются по цветовым характеристикам (например, синий, зеленый, красный). Черно-белые снимки в видимой зоне спектра наиболее распространены среди аэрофотосъемок (обеспечивают наименьшую зернистость и наиболее высокое разрешение). Аэрофотоснимки – основной источник для создания детальных цифровых топографических карт, ландшафтных карт. 17

Мозаика из цветных аэрофотоснимков центральной части Лондона с пространственным разрешением 12, 5 см 18

ДДЗ: инфракрасная (ИК) область Ä Инфракрасный (тепловой, ИК) диапазон - занимает участок спектра от 0, 8 мкм до 1000 мкм, очень информативен и широко используется в ДЗ. В ИК-диапазоне выделяют три участка: ближний (0, 8 мкм-1, 5 мкм), средний (1, 5 мкм- 3 мкм), дальний (или тепловой, >3 мкм): • В ближнем и среднем фиксируется отраженное солнечное излучение. • В дальнем преобладает собственное тепловое излучение объектов земной поверхности. На инфракрасных снимках теплые объекты изображаются более темными цветами, чем более холодные объекты 19

Характеристики ДДЗ: спектральный диапазон съемок ИК-съемка используется для: • обнаружения нефти, газа, горячих источников; • мониторинга явлений, связанных с выделением тепловой энергии (мониторинг пожаров, тепловых и атомных станций, нефтяные и газовые факелы ). • обнаружения болезней растений (болезни растений повышают их температурный режим); • выявления видового состава растений (лиственные, хвойные и т. д. породы деревьев различаются по температуре на 1 -2 С). FСнимки в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне составляют около 80% от всех космических съемок. ÄМногозональная (мультиспектральная) съемка получение изображения сразу в нескольких спектральных диапазонах, т. е. получение серии снимков, что облегчает анализ изображения и его интерпретацию при комбинировании зональных снимков. 20

Известные космические цифровые (сканерные) системы, осуществляющие мультиспектральную съемку: Среднее разрешение: üLANDSAT - американская система (съемка ведется в 8 диапазонах, разрешение для цветных снимков- 30 м; разрешение панхроматического канала - 15 м); üASTER - японская съемочная аппаратура на американском спутнике Terra, 14 спектральных диапазонов, пространственное разрешение - 15, 30 и 90 метров Высокое разрешение: üSPOT – французская система (съемка ведется в 4 диапазонах, разрешение черно-белых изображений 5 м, цветных - 10 м ); üIRS - индийская космическая система ДЗ (разрешение в панхроматическом режиме 2. 5 м, 5. 8 м, в мультиспектральных – 5. 8, 23, 70 метров); 21

Снимки Landsat 22

Мультиспектральная съемка Снимки SPOT Вулкан «Kлючевская Сопка» , п/о. Камчатка 23

Снимки ASTER Аральское море Оз. Байкал 24

Спутники ДЗЗ, позволяющие получать изображения с высоким разрешением (не хуже 1 м) Панхроматический диапазон Мультиспектральная съемка IKONOS 1 м 4 м Orb. View-3 1 м 4 м Quick. Bird 0. 61 м 2, 44 м 1 м 2 -3 м 1, 9 м и 0. 7 м - Спутники Ресурс-ДК (российский, запущен в июне 2006) EROS 25

«Ресурс-ДК» - космический аппарат ДЗЗ нового поколения для получения изображений с повышенными оперативными и точностными характеристиками (запущен 15 июня 2006 ракетой-носителем «Союз-У» , г. Байконур) 26

Изображение с разрешением 61 см, полученное со спутника Quick. Bird 27

Снимок ледника на Аляске 28

Снимок дельты реки в Китае 29

Снимки дельты реки Ганг в Бангладеш в сухой сезон и сезон дождей 30

Снимок острова в Индийском океане 31

Данные Дистанционного Зондирования Этапы обработки данных дистанционного зондирования Для извлечения необходимой информации из снимков требуется их специальная обработка. Основные этапы обработки ДДЗ: геометрическая коррекция (привязка снимков к топоснове, преобразование в проекцию карты) улучшение качества изображения (яркостная коррекция), составление мозаики из нескольких снимков; тематическая обработка (классификация, создание цифровой модели рельефа, дешифрирование объектов). 32

Привязка снимка к топокарте в пакете ERDAS Imagine Мозаика из снимков в пакете ERDAS Imagine 33

Обработка ДДЗ Дешифрирование (распознавание) делится на: объектов üобъектное: контурное дешифрирование выделение контуров и границ объектов; идентификация - В результате интеграции ГИСопознание конкретных технологий и технологий обработки объектов; ДДЗ в середине 90 -х годов üтематическое появились ГИС, обеспечивающие наполнение объекта возможность автоматизированной тематическим содержанием. обработки ДДЗ, например, ERDAS Imagine, ER Mapper , ENVI. 34

Космический снимок, совмещенный с векторными слоями (Бостон) 35

Космический снимок, совмещенный с векторным дорожным слоем и 3 -мерной моделью городских зданий (Бостон) 36

Карты с Google 37

Карты с Google 38

Космоснимки самых протяженных, самых извилистых и самых красивых рек Земли (по материалам журнала Wired) 39

Нил - вторая по протяженности река на Земле после Амазонки, протекающая преимущественно по пустыне, на берегах которой люди, пришедшие в Египет, нашли пригодные для жизни условия. 40

Лена - река, занимающая десятое место по протяженности. Снимок сделан в псевдоцветах 41

Водопады на реке Ниагара, высота - 53 метра 42

Один из притоков реки Колорадо - Сан-Хуан - знаменит своим необычным изгибом: река поворачивает на 180 градусов 43

Миссисипи - самая протяженная река США и одна из величайших рек мира. Ее длина - 3770 км 44