Данные дистанционного зондирования для оптимизации туристской деятельности

Работа с данными дистанционного зондирования, которые можно без преувеличения назвать «детищем XX века», фактически имеет достаточно запутанную историю. Еще в первой четверти XX в. были получены фотографические изображения с воздушных шаров и первых самолетов. Но, вероятно, настоящее «рождение» дистанционного зондирования связано с массовым получением и использованием аэрофотоснимков в военных целях, для создания топографических и тематических карт, при инвентаризации лесного покрова.

Под дистанционным зондированием подразумевается получение информации о земной поверхности (включая расположенные на ней объекты) без непосредственного контакта с ней, путем регистрации приходящего от нее электромагнитного излучения. Это косвенный метод получения информации, при котором требуется специальный анализ или дешифрирование данных дистанционного зондирования (ДЦЗ). При этом при всем многообразии существующих методов, средств и инструментов разница в области дистанционного зондирования сводится к принципиальным возможностям получения материалов: а) с участием человека (натурные обследования, наблюдения, измерения «в поле»), и б) методы дистанционного зондирования, которые полностью на современном этапе связаны с технологиями ГИС.

Пик развития дистанционного зондирования неразрывно связан с освоением космоса, когда наиболее массовой и востребованной научно-исследовательской и военной продукцией стало изготовление многозональных фотографий и телевизионной съемки, широкий спектр охвата которых гарантируется активным конструированием и применением датчиков и приборов различных классов, предназначения, стоимости. Соответственно, одна из основных характеристик — обзорность изображений — также колеблется достаточно широко: от снимков с метеорологических геостационарных спутников, охватывающих десятки тысяч километров поверхности планеты, до детальнейших изображений участков площадью в несколько сотен квадратных метров.

Съемочная аппаратура может располагаться на различных платформах, ими могут быть: космический летательный аппарат (спутник), самолет, вертолет, а иногда даже и простая тренога. На одной платформе может размещаться несколько съемочных устройств, называемых сенсорами. Полный процесс дистанционного зондирования включает в себя различные методы получения изображений практически во всех диапазонах волн электромагнитного спектра, а цифровые ДДЗ стали получать с 1972 г. с запуском американского спутника LANDSAT. По сути своей это не единственный проект, а специальная космическая программа США, которая предусматривает многозональные и периодически повторяемые долговременные съемки с помощью сканирующих устройств в природно-ресурсных, природоохранных и мониторинговых и картографических целях с передачей данных по радиоканалам.

Существует несколько классификаций ДДЗ, и в основном они отличаются физическими способами их получения. ДДЗ могут классифицироваться по различным видам разрешения и охвата, по типу носителя данных (фотографические и цифровые) по принципу работы сенсора (фотоэффект, пироэффект и др)' по способу формирования (развертки) изображения), по специальным возможностям (стереорежим, сложная геометрия съемки), по типу орбиты, с которой производится съемка. ДЦЗ характеризуются обычно несколькими видами разрешений: пространственным, спектральным, радиометрическим и временным. Пространственное разрешение характеризует размер наименьших объектов, различимых т изображении. Обычно пользуются в зависимости от решаемых задач снимками низкого (более 100 м), среднего (10—100 м) и высокого (менее 10 м) разрешения. В настоящее время можно получать снимки с разрешением менее 1 м.

Аэро- и особенно космоснимки (рис. 13.2) значительно менее удобны, чем карты для пользования широким кругом исследователей, но они бывают поистине незаменимы для аналитиков и проектировщиков.

Рис. 13.2. Интегрированный космический снимок в Earth Google

Основное отличие аэросъемок от космических состоит в использовании различной съемочной аппаратуры и высоты съемки, что определяет среднее пространственное разрешение. Космические снимки дают большую обзорность при меньшем пространственном разрешении. Более низкое пространственное разрешение не всегда является недостатком изображения, но в сочетании с большой обзорностью кадра обеспечивает естественную генерализацию изображения, что помогает выявить такие особенности природных объектов, которые теряются при рассмотрении на более детальных снимках.

С развитием компьютерных технологий перед дистанционным зондированием открылись широкие перспективы. Сегодня существует огромное разнообразие методов получения изображений практически во всех диапазонах длин волн электромагнитного спектра — от ультрафиолетовой до дальней инфракрасной и радиодиапазона, от снимков метеорологических геостационарных спутников, охватывающих практически целое полушарие, до детальных аэросъемок участка в несколько сот квадратных метров.

Любой космо- и аэроснимок без предварительной обработки несколько отличается от привычного картографического изображения. Если имеются материалы многозональных съемок, то возможно синтезировать из нескольких спектральных зон некоторое количество вариантов цветного изображения. Каждый вариант такого изображения содержит особую информацию о снятых объектах. Например, одно изображение дает информацию о дорогах, другое — о водных объектах, третье — о растительном покрове и т.д. Для точного совмещения с картой изображения необходимо геометрически трансформировать. С картой они не могут совмещаться без специальной подготовки, даже если обеспечить точную привязку по конкретным объектам, так как снимок имеет отличное от карты распределение передачи изображения.

Существует достаточно большая группа подходов к извлечению из снимков полезной информации. Одним из наиболее распространенных методов дистанционного зондирования является сканирование, особенно при космической съемке. Сканерные изображения поверхности получают также при аэросъемке и при подводной съемке (с помощью сканирующих эхолотов, последовательно прощупывающих дно). Применяются не только системы, регистрирующие отраженное излучение, но и активные сканирующие системы, облучающие местности лазерным лучом и фиксирующие отраженный сигнал.

Для локационной съемки ни погодные условия, ни темнота не являются помехой. Четкость радиолокационного изображения определяется отражательной способностью снимаемого объекта, его размерами и очертаниями, а также углом падения луча и длиной радиоволны, которая должна быть меньше, чем размеры самого объекта. Среди новых локационных изображений можно отметить снимки, сделанные в ультрафиолетовом и видимом диапазонах с помощью лазерных локаторов — лидаров. Непрерывное техническое совершенствование сканерных и локационных систем, множественность съемочных диапазонов, возможности их широкого комбинирования — все это создает поистине неисчерпаемое разнообразие видов съемки и, следовательно, вариантов геоизображений. Сейчас одновременно используются практически все способы дистанционного зондирования, но это использование в различных сферах деятельности далеко не одинаково.

Известно много примеров успешного использования ДДЗ. Многоплановое применение материалов дистанционной съемки наиболее эффективно в системе мониторинга. Поэтому материалы аэро- и космосъемки заказываются постоянно при исследовании динамических процессов окружающей среды, например, при оценке тенденций и перспектив использования возобновимых ресурсов, при отслеживании чрезвычайных ситуаций. Благодаря использованию спутниковых изображений оперативно определяется площадь затопленных земель и масштабы разрушений при землетрясениях, наводнениях, масштабных пожарах, смерчах.

В ДДЗ существует несомненный приоритет изучения состояния динамичных объектов, причем хорошо известны как преимущества, так и проблемы их использования — сложность и дороговизна материалов и обработки, сложность получения и недостаточная корректность интерпретации при решении многих сложных задач. Современные комплексы обработки данных дистанционного зондирования обязательно включают сложные ГИС, но и сами по себе не менее функциональны и значимы как средства для поддержки и принятия решений.

Безусловным мировым лидером здесь выступает программный комплекс ERDAS Imaging, разрабатываемый и представляемый одноименной американской компанией из Колорадо. Это программное обеспечение многофункционально, что позволяет обрабатывать и анализировать изображения, получать характеристики различных пространственных объектов, определять изменения в окружающей среде и созданных изображениях, обновлять карты и выполнять трехмерную визуализацию. Пакет ERDAS дает возможность работать с данными, получаемыми от всех типов сенсоров: панхроматических, многозональных и радиолокационных.

Модульный принцип построения системы позволяет формировать оптимальную конфигурацию для каждой задачи. Сюда входят средства геометрической коррекции, географической привязки снимков, тематического дешифрирования и пространственного анализа, инструменты подготовки картографического материала.