Лекция 7 (1)

Программные средства обработки ДДЗ
Erdas Imagine
IDRISI
ANSYS
ER Mapper

Erdas Imagine
Позволяет решать все задачи по обработке и анализу ДДЗ от стадии импорта до подготовки качественных отчетов.

Обработка и анализ данных включает несколько этапов
Отображение – представление данных, полученных от источника, в удобном для пользователя виде.
Улучшение – изменение параметров изображения с целью повышения четкости улменьшением влиянием помех (изменение яркости, контрастности, фильтрация помех).
Геометрическое трансформирование – приведение изображения к заданному масштабу и картографической проекции.
Географическая привязка
Классификация – распознавание на изображении участков, соответствующих различным категориям объектов, и построение на этой основе нового (тематического) изображение, на котором объекты, принадлежащие к одной категории, отображаются одинаково (одним цветом).

6. ГИС-анализ – анализ взаимного пространственного положения различных объектов на изображении и атрибутивной (описательной) информации о них.
7. Подготовка отчета – создание качественных отчетных информационных материалов.

Сферы применения ДДЗ
Область применения космических снимков широка - ГИС и картографические приложения, исследование природных ресурсов, мониторинг и оценка последствий стихийных бедствий и антропогенного воздействия на окружающую среду, проектирование строительных и проектно-изыскательских работ, городской и земельный кадастр, планирование и управление развитием городской инфраструктуры, сельское и лесное хозяйства, туризм и т.д.

Картография
В качестве картографической основы
Для обновления карт
В качестве дополнительных приложений
В картографии космические снимки в основном применяются:

Сельское хозяйство
Основные задачи: инвентаризация сельскохозяйственных угодий; отслеживание изменения состояния полей и посевов на различных участках, что позволяет определить последовательности их обработки; выделение участков эрозии, заболачивания, засоленности и опустынивания; определение состава почв; слежение за качеством и своевременностью проведения различных сельскохозяйственных мероприятий.
При периодичной повторяемости съемок возможно наблюдение за динамикой развития сельскохозяйственных культур и прогнозирование урожайности.

Используя данные космической съемки, такие важные сельскохозяйственные факторы как: состояние посевов, плотность посева и влажность почв могут быть проверены на месте.
ERS-2, дата съемки - 19.05.1997
Landsat 7 TM, дата съемки - 21.05.1997

Используя тепловой канал Landsat 7 можно оценить состояние урожая и посевов, выяснить процент потери влаги. Когда нормы испарения влаги уменьшаются, уменьшаются и темпы роста посевов.

Лесное хозяйство
Комплекс задач, эффективно решаемых при помощи данных ДЗЗ, для целей лесопользования и лесоустройства:
определение площадей и территориального размещения лесных массивов;
определение породного состава лесов;
выявление спелых и перестойных насаждений;
контроль за лесовозобновлением на вырубленных участках, на гарях и ветровалах;
контроль за соблюдением рубок на официально разрабатываемых участках;
обнаружение незаконных рубок (оценка площадей и экономического ущерба)
выявление участков лесозаготовок в пределах особо охраняемых территорий (заповедники, заказники, национальные парки);
мониторинг очагов усыхания от вредителей и болезней;
мониторинг лесных пожаров, оценка площади ущерба.

Отслеживание динамики
масштабных вырубок леса
Landsat 2, дата съемки - 17.06.1975
Landsat 4, дата съемки - 10.07.1992

Landsat 7, дата съемки - 01.08.2000

Обнаружение и оценка площадей свежих рубок путем сопоставления снимков за разные годы
Landsat 7 TM, разрешение 30 м,
дата съемки 10.06.1992
Landsat 7 ETM+, разрешение 30 м,
дата съемки 26.07.2000
Landsat 7 ETM+, разрешение 30 м,
дата съемки 29.05.2002

Обнаружение и мониторинг лесных пожаров. Оценка площади ущерба
Landsat 7 ETM+, разрешение 30 м, дата съемки - 15.10.1999
Landsat 7 ETM+, разрешение 30 м, дата съемки - 14.09.2000

Landsat 7 ETM+, разрешение 30 м, дата съемки - 07.08.2001
Landsat 7 ETM+, разрешение 30 м, дата съемки - 20.09.2002

Экология
Особое место данные дистанционного зондирования Земли занимают при прогнозировании природных стихийных бедствий и катастроф, а также для оценки ущерба и планирования восстановительных мероприятий.

Исследование последствий цунами
Цунами, произошедшее вследствие землетрясения в Индийском океане, явилось самым ужасным и разрушительным стихийным бедствием 2004 года.
Окрестности города Каланг (Индонезия).
Landsat 7 ETM+, разрешение 30м, дата съемки - 12.06.2001

В зоне затопления оказалась вся прибрежная территория. Цунами разрушена вся инфраструктура района затопления. Город Каланг был уничтожен.
Landsat 7 ETM+, разрешение 30м, дата съемки - 29.12.2004

Ацех (Индонезия).
Ikonos, дата съемки - 10.01.2003
Массовые разрушения. Полностью уничтожена инфраструктура района. Ikonos, дата съемки - 29.12.2004

Ацех (Индонезия).
Ikonos, дата съемки - 10.01.2003
Ацех (Индонезия). Грандиозная волна словно "ножом" срезала значительный пласт земли, полностью изменив береговую линию.
Ikonos, дата съемки - 29.12.2004

Анализ разрушительных последствий урагана Катрина
По мнению экспертов, "Катрина" оказалась самым дорогостоящим в истории США ураганом и самым сильным ураганом с 1969 года. До этого почетное место самого дорогого урагана удерживал "Эндрю", который обошелся Соединенным Штатам с учетом инфляции в 20,9 миллиарда долларов.

Окрестности города Новый Орлеан (штат Луизиана, США), съемка со спутника Landsat 7 ETM+ (каналы 7:3:5), дата съемки - 24.04.2005
Окрестности города Новый Орлеан (штат Луизиана, США). Видны обширные зоны затопления.
Landsat 7 ETM+ (каналы 7:3:5), дата съемки - 30.08.2005

Город Новый Орлеан (штат Луизиана, США).
Landsat 7 ETM+ (каналы 7:3:5), дата съемки - 24.04.2005
Город Новый Орлеан (штат Луизиана, США). Области, затопленные после прорыва дамбы, можно определить по темно-зеленому цвету.

Центральная часть города Новый Орлеан (штат Луизиана, США).
Ikonos, дата съемки - 22.08.2002
Затоплена большая часть города. В центре изображения знаменитый спортивный комплекс, в котором нашли спасение десятки тысяч жителей.
Ikonos, дата съемки - 02.09.2005

Город Гулфпорт (штат Луизиана, США).
Ikonos, дата съемки - 24.11.2002
Ураган причинил огромные разрушения. Портовые сооружения практически уничтожены. Многотонные контейнеры разбросаны сильнейшим ветром по всему городу. Обратите внимание на баржу (блокшив, водоизмещением не менее 3000 т.) выброшенную на контейнерную площадку.
Ikonos, дата съемки - 02.09.2005

Анализ динамики обмеления Аральского моря на основе данных Landsat
Аральское море до начала обмеления.
Landsat 1, дата съемки - 29.05.1973
Аральское море. Уровень воды уже значительно снизился. Береговая линия изменилась на всем протяжении.
Landsat 4, дата съемки - 19.08.1987

Территория бывшего Аральского моря. Современное состояние. Море фактически перестало существовать, разделившись на ряд высыхающих озер. Территория, которая ранее была под водой, не только совершенно не пригодна для сельского хозяйства, но и опасна, т.к. многочисленные зыбучие пески и пещеры создают вполне реальную угрозу жизни человека.
Landsat 7 ETM+, дата съемки - 29.07.2000

Применение данных Landsat, QuickBird, Ikonos и Envisat для мониторинга и прогнозирования природных катаклизмов
На снимке Landsat видны две волны цунами готовые обрушиться на берег Индии недалеко от города Деви расположенном на восточном побережье страны.
Landsat 7 ETM+, дата съемки - 26.12.2004

После проведения анализа выяснилось, что волны цунами можно однозначно идентифицировать не только при помощи данных полученных спутниками высокого разрешения QuickBird и Ikonos, но и при помощи спутников среднего разрешения Landsat и Aster, а также радарных спутников Envisat и ERS. Причем радарные данные содержат огромное количество дополнительной информации, которая могла пригодиться для регистрации непосредственно момента зарождения катастрофы, что могло спасти огромное количество жизней.
На увеличенном участке изображения полученного спутником Landsat можно различить, что каждая волна состоит из нескольких более меньших холмообразных волн.
Landsat 7 ETM+, дата съемки - 26.12.2004

Туризм
Любой человек, отправляющийся в туристическую поездку, предпочитает получить как можно более полную информацию о месте предполагаемого отдыха. Но, несмотря на массу фотографий, карт и других материалов, он не может составить для себя полной картины, т.к. в основе должен быть космоснимок! Только на его основе, применяя другие материалы в качестве дополнения, можно составить правильное представление о предполагаемом месте отдыха.

ТЕХНОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ ЛЕСНЫХ ЦИФРОВЫХ КАРТ
Аэро-космосъемка
Полевые работы
Камеральные работы
Составление
фотоабрисов
Создание топографической
основы
Векторизация границ
и квартальной сети (MapEdit)
Фотокарта
Векторизация внутренней
ситуации (MapEdit)
Cборка границ и квартальной
сети, формирование баз данных (MapInfo)

АЭРОФОТОСЪЕМКА
Аэрофотосъемка выполняется камерой МРБ –152,
(пленка СН-15), установленной на самолете Ту-134.
Масштаб залета 1:60000.
Получаемые АФС – спектрозональные увеличенные
масштаба 1:25000, размер 50 х50 см.Разрешение 0.5 м.

Полевые работы
Лесоустройство территорий лесных предприятий включает в себя следующие виды работ:
-аэрофотосъемку;
-наземную организацию территории;
-таксацию насаждений и комплексную оценку лесных ресурсов;
-определение размера расчетной лесосеки;
-разработку проекта организации и ведения лесного хозяйства предприятия на 10 летний период.
Содержание и точность работ определяются требованиями лесоустроительной инструкции
Западно-Сибирское лесоустроительное предприятие

Разбивка района работ предприятия по тополистам
Запсиблеспроект

Фрагмент
схемы
объекта с
нанесенными
границами
топокарт и АФС
ЗАПСИБЛЕСПРОЕКТ

Нанесение опорных точек на топокарты
ЗАПСИБЛЕСПРОЕКТ

Нанесение опорных точек на
фотоабрис
ЗАПСИБЛЕСПРОЕКТ

Определение координат опорных точек
ЗАПСИБЛЕСПРОЕКТ
Привязка топографических
карт и последующее определение
координат опорных точек производится
в интерактивном режиме

Ввод координат опорных точек
ЗАПСИБЛЕСПРОЕКТ

Пример расчета данных и оценки точности,
полученной для аэрофотоснимка
масштаба 1:1000

ФРАГМЕНТ ФОТОКАРТЫ
С использованием программы предприятия MapFoto производится трансформация растра фотоабриса в фотокарту
ZAPSIBLESPROJECT

Векторизация квартальной сети
ЗАПСИБЛЕСПРОЕКТ

Увязка квартальной сети и границ в программе MapInfo
ЗАПСИБЛЕСПРОЕКТ

Увязанная квартальная сеть
ЗАПСИБЛЕСПРОЕКТ

Послойная векторизация
внутренней ситуации
в программе MapEdit
Западно-Сибирское лесоустроительное предприятие
ЗАПСИБЛЕСПРОЕКТ

Импорт в MapInfo
ЗАПСИБЛЕСПРОЕКТ

СЛОЙ КВАРТАЛЬНАЯ СЕТЬ
ЗАПСИБЛЕСПРОЕКТ

Создание слоя Выдел
ЗАПСИБЛЕСПРОЕКТ

Создание слоя Объекты
(визуализация)
ЗАПСИБЛЕСПРОЕКТ

ZAPSIBLESPROJECT
Лесоустроительный планшет

План лесонасаждений
ЗАПСИБЛЕСПРОЕКТ

Карта-схема типов
ландшафтов
ЗАПСИБЛЕСПРОЕКТ

Леса Республики Коми
В России сосредоточено
22% всех лесов мира.
Таежные леса Республики
Коми занимают 71% ее
территории. Они имеют
глобальное экологическое,
экономическое и
социальное значение. Их
сохранение и рациональное
использование –
необходимые условия
устойчивого развития.
Выполнение этих условий
осуществимо лишь с
введением эффективного
управления лесными
ресурсами.

Для подготовки цифровых лесных
карт используют:
- лесоустроительные планшеты
лесхоза;
квартальная сеть лесхоза (в
электронном виде в условных
координатах);
- таксационная база данных;
- космоснимки

Сканирование
Этапы выполнения работы:
Векторизация
БД площадей
выделов (контроль)
Построение топологии
и контроль качества в
ARC/INFO
Таким образом, происходит сравнение получившихся в результате
географической привязки данных и информации на планшетах это
позволяет контролировать качество выполненной работы

Совмещение повыдельной карты с космоснимком

Повыдельные ГИС
лесхозов Коми
Электронные
повыдельные карты
имеют 9 лесхозов
Квартальная сеть
есть на все лесхозы
Необходимо создание
электронных карт на
весь лесной фонд
республики

Набор участков лесосечного
фонда
Рассмотрим
пример…

Распределение по
породам

Исключим особо защитные
участки

Набор участков лесосечного
фонда
Исключили особо
защитные полосы,
памятники природы,
заказники
Запас > 150 куб. м/га
Насаждения только 1
класса товарности
Дорожная сеть

Анализ доступности участков
лесосечного фонда
Из 236 выделов 130
недоступно для
текущего освоения без
создания дорог
Выберем участки вблизи
дорог с минимальными
расстояниями трелевки
Разбиение на зоны по
доступности

Набор участков лесосечного
фонда
Так как лесоустроительная
информация устаревает,
необходима ее актуализация.
Проверим наличие насаждений
на выбранных участках.
Таким образом в этом
лесничестве доступно 40,9%
запасов лесосечного фонда.

Рассмотрим пример…..
Оптимизация затрат при лесозаготовках – подбор участков
с минимальными затратами

ГИС позволяет нам пространственно распределить затраты
на заготовку древесины и оценить какой участок выгоден, а какой нет
Лесничество – 96 кварталов
Программный
комплекс
“План рубок”
1826 делянки под РГП

Наличие лесных и лесовозных дорог
Ближайший населенный пункт (рабочая
сила)
Автомагистраль
Возможны и другие….

Лесные и лесовозные дороги
Поверхность расстояний от лесных и лесовозных дорог

Поверхность расстояний от автодороги

Населенный пункт
Поверхность расстояний от населенного пункта

Сумма факторов в пространстве
Лесные дороги + Автодороги + Населенный пункт = Суммарная
поверхность распределения некоторых факторов, влияющих на
затраты при заготовке древесины

Распределение затрат

Таким образом, возможно моделирование прямых и косвенных затрат
и доходов при заготовке древесины для определения
максимально прибыльных делянок, например,
по следующим факторам:

Снимок с индийского спутника IRS – 5,6 м
дорога
Трелевочные волока
делянки

недорубы
Водоохранная
полоса
Лесосеки 2002 года
Лесосечный фонд
Вырубка 2001
Вырубка 2000
Снимок с коммерческого спутника Landsat ETM+
Прилузский лесхоз 2002 г.

Спелые леса
автодорога
Лесная дорога
Определение изменений по снимкам
Сыктывкарский лесхоз 1997 г.

автодорога
Спелые леса???
Лесная дорога
Определение изменений по снимкам
Сыктывкарский лесхоз 2002 г.

Проверка наличия лесосек (контроль перерубов)

Мобильные компьютеры
• ведение баз данных на месте
• оперативное планирование
• объем информации загружаемый
в компьютер не ограничен
• есть модели специально
адаптированные для лесного
хозяйства
• автоматическая проверка
качества данных прямо в лесу в
процессе ввода

Снимок со спутника IKONOS

В лаборатории дистанционного зондирования и геоинформационных исследований
лесов Международного Института Леса с момента основания проводятся
исследования и разрабатываются методы по целому ряду направлений изучения
лесного покрова с использованием данных спутниковой съемки:
картографирование лесного покрова;
выявление текущих изменений в лесах;
исследование информативности спутниковых изображений для
решения задач мониторинга состояния и динамики лесного покрова;
детектирование лесных пожаров и картирование пройденных огнем
лесных площадей;
оценка повреждений лесных насаждений, вызванных массовым размножением
насекомых-вредителей;
изучение потенциальных возможностей спутниковых данных для оценки эмиссии
углерода на свежих гарях.

Функционирование системы RussGPS
Схема функционирования системы несложна: мобильное устройство, размещенное
на транспортном средстве (или любом другом мобильном объекте) автоматически
определяет свое месторасположение в пространстве с помощью спутников GPS и
отсылает эту информацию через систему сотовой беспроводной связи (GSM или др.)
и Интернет в Центр обработки данных (Data Center) компании RussGPS, в котором
она преобразуется в удобную форму отчета и становится доступной пользователям
через веб-интерфейс сайта RussGPS.

Общая функциональная схема:
GPS – система спутников наблюдения (24 спутника на орбите);
Мобильные объекты - любые подвижные объекты, оснащенные оборудованием RussGPS;
GSM сети - сотовые сети любых GSM операторов;
RussGPS - Russline Data Center – Центр обработки данных компании RussGPS;
Пользователь - End User/Dispatcher – Конечный пользователь (Диспетчер).
Сотовый телефон или специальный модуль с GPS-приемником (GPS device)
находится у объекта (если это человек) или вмонтирован в объект (машина,
корабль и т.п.). GPS-приемник непрерывно получает свои координаты с 24 военных
спутников США, находящихся на орбите.
GPS-приемник определяет месторасположение, время, скорость (другие
дополнительные характеристики зависят от типа устройства).