Методики и технологии дистанционного зондирования Земли с целью оценки параметров тектонических процессов (стр. 1 )

Методики и технологии дистанционного зондирования Земли с целью оценки параметров тектонических процессов

Квалификационная работа инженера.

(Без сохранения форматирования)

Автор   Руководитель проф.

Содержание

Введение………………………………………………………………

1. Технологии дистанционного зондирования Земли на базе спутника TERRA

1.1 Спутник Terra: назначение, общая характеристика……

1.2 Съемочные системы на борту Terra……………………

1.3 Изображения с ИСЗ Terra……………………

2. Методики выделения линеаментов в приложениях ArcView и ERDAS IMAGINE

2.1 Функциональные средства ArcGIS……………………

2.2 Модуль пространственного анализа ArcView Spatial Analyst…

2.3 Функциональные средства ERDAS IMAGINE………………

2.4 Модуль анализа текстуры и линеаментов – LESSA……………

3. Методика выделения линеаментов

3.1 Понятие линеаментов…………………………………………

3.2 Площадные геологические объекты………………………

3.3 Методика выделения линеаментов в ArcView……

3.4 Методика выделения линеаментов в WinLESSA……………

3.5 Результативная часть………………………………

Заключение………………………………………………

Литература………………………………………………………………

Введение

Космические снимки (КС) стали применять в геологии с 60-х годов. Доступные вначале только для специалистов, они быстро получили широкое признание. На базе КС оформились самостоятель­ные виды региональных геологических исследова­ний, созданы карты нового типа: космогеологаческие, космотектонические, космогеодинамические; открыты месторождения полезных ископаемых. Постоянно совершенствуются методы получения космической информации, способы ее преобразо­вания и компьютерной обработки.

Космические снимки получают с межпланетных автоматических станций, искусственных спутников Земли, пилотируемых космических кораблей и дол­говременных орбитальных станций. От масштаба и пространственного разрешения КС, зависят его обзорность и генера­лизация изображения. Различают КС глобального, континентального, регионального, локального и детального уровней генерализации. Для изучения разномасштабных геологических струк­тур применяются космические снимки разных уров­ней генерализации. Качественно новую информа­цию получают при изменении масштаба снимков в 3 – 5 раз.

КС изучают специалисты различных областей землеведения, которые из интегральной картины, запечатленной на снимке, извлекают необходимую информацию, то есть дешифрирование является те­матическим и целевым. Что же дешифрируют гео­логи? На всех КС независимо от геологического, геоморфологического строения региона, истории его развития и климата выделяются линейные, кольцевые и площадные объекты.

В своей работе я исследую методики и технологии дистанционного зондирования Земли. С целью оценки параметров тектонических процессов.

Существует два метода решения данной проблемы. Первый метод – выделения линеаментов в программе ArcView при использовании модуля ArcGIS Spatial Analyst. Использовался снимок, полученный со спутника Terra 16 января 2004г (8ч 20мин). Все расчеты выполнены по Свердловской области.

А второй метод – это метод выделение структур в программе ERDAS IMAGINE с использованием специального модуля анализа текстур и линеаментов – LESSA. Здесь я рассмотрела демонстрационную версию программы WinLESSA 01. В этой версии использовался снимок получено системой MODIS 6 сентября 2004г (9ч 10мин). В ней все расчеты выполнены по Африке, а именно Анголы, Замбии, Намибии и Ботсваны.

1. Технологии дистанционного зондирования Земли на базе спутника TERRA

1.1 Спутник Terra: назначение, общая характеристика

Серьезные изменения экологической обстановки на Земле (глобальное потепление, поднятие уровня моря, обезлесение, разрушение озонового слоя, кислотные дожди, обеднение биоразнообразия) обусловили все возрастающий в последние годы интерес к экологической обстановке на нашей планете. Исследуются взаимосвязи между процессами, происходящими на Земле, разрабатываются модели, способные объяснить нынешние и предсказать будущие изменения.

Моделирование процессов требует регулярного получения и анализа объективных данных о разных компонентах окружающей среды. Такие данные должны покрывать всю поверхность Земли, накапливаться в течение длительного периода и охватывать широкий спектр излучения.

С учетом этих требований с начала 1980-х годов в Национальном Управлении по Аэронавтике и космонавтике (NASA) США разрабатывалась программа EOS (Earth Observing System). Ее основные составляющие: 1) серии искусственных спутников Земли, предназначенных для изучения глобальных изменений во всей их сложности; 2) передовая компьютерная сеть для обработки, хранения и распространения данных (EOSDIS); 3) научные коллективы всему миру для анализа этих данных.

В рамках программы EOS 18 декабря 1999 г. был запущен спутник EOS-AM1 (под названием Terra) и в ближайшее время планируется запуск другого – EOS-PM1 (Aqua). Спутники имеют солнечно-синхронные полярные орбиты (высота – 705 км, период обращения – 99 мин, наклонение – 98,2°; EOS-AM пересекает экватор, двигаясь с севера на юг в 10.30 по местному времени, а EOS-PM – с юга на север – в 13.30). Срок службы каждого спутника 5 лет, по его истечении планируются дальнейшие запуски. Вся программа рассчитана на 15 лет.

1.2 Съемочная система на борту Terra

Аппаратура спутника TERRA - это пять съемочных систем, предназначенных для одновременного согласованного сбора информации о радиационном балансе Земли, атмосферной циркуляции, взаимодействии суши и океанов, биопродуктивности, свойствах поверхности суши:

ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer - усовершенствованный космический радиометр теплового излучения и отражения) - это одна из пяти съемочных систем на борту спутника Terra, сочетающая широкий спектральный охват и высокое пространственное разрешение в видимом, ближнем инфракрасном (БИК), среднем инфракрасном (СрИК) и тепловом инфракрасном диапазоне. Ожидается, что данные ASTER внесут вклад в исследование глобальных изменений, включая изучение динамики растительности и экосистем, мониторинг природных катастроф, геологические, почвенные, климатологические, гидрологические исследования, изучение изменений земельного покрова.

Основные характеристики:

Абсолютная радиометрическая точность по спектральным зонам составляет 4% для видимого и ближнего инфракрасного диапазона, и 1-3 К для теплового диапазона, в зависимости от температуры. Зоны видимого и БИК диапазона предназначены для измерения характеристик снежного покрова, воды, растительности и степени окисления поверхности объектов. Зоны СрИК диапазона оптимальны для распознавания минералов, в особенности гидратированных минералов в глинистых почвах. Зоны теплового диапазона предназначены для регистрации температуры земной поверхности и дешифрирования основных типов горных пород. Пространственный охват снимков составляет 60 х 60 км.

Уникальные черты ASTER:

·  Наклонная съемка (назад вдоль направления полета) в ближнем инфракрасном диапазоне, обеспечивающая стереоснимки высокого разрешения;

·  Многозональная съемка высокого разрешения в тепловом инфракрасном диапазоне (8 - 12 мкм, глобальный охват);

·  Самое высокое пространственные разрешение из всех систем Terra;

·  Возможность осуществления съемки по заказу.

ASTER – единственный инструмент высокого разрешения на борту Terra. Он служит как бы увеличительным стеклом для других инструментов, что особенно важно для изучения динамики, взаимной калибровки съемочных систем, проверки алгоритмов обработки данных, а также для изучения процессов на поверхности Земли. В отличие от других систем на борту Terra, ASTER ведет наблюдения не постоянно, а в среднем 8 минут на каждой орбите. Пиковая скорость передачи данных составляет 89.2 Мбит/с.

Возможно отклонение оси съемки поперек направления полета во всех спектральных зонах ASTER: до +/- 106 км для теплового и среднего инфракрасного диапазона, и до +/- 314 км для видимого и ближнего инфракрасного диапазона. Это позволяет обеспечить глобальный охват снимками как минимум раз в 16 дней во всех 14 каналах и раз в пять дней в трех каналах видимого и ближнего инфракрасного диапазона. Наклонная съемка во второй ближней инфракрасной зоне под углом 27.6° назад вдоль направления полета обеспечивает стереосъемку с базисным отношением 0.6. Это позволяет создавать стереопары и детальные цифровые модели местности по снимкам ASTER.

MODIS (Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer ) - гиперспектральная 36-канальная съемка в диапазоне от 0.45 до 14.36 мкм с разрешением 250-1000 м.

Основные характеристики:

MODIS состоит из двух сканирующих спектрометров, один из которых (MODIS-N) снимает в надир, а ось съемки другого (MODIS-T) может быть отклонена. 36 спектральных зон MODIS охватывают диапазон с длинами волн от 0,4 до 14,4 мкм. Съемка в двух зонах (620-670 и 841-876 нм) ведется с разрешением 250 м, в пяти зонах видимого и ближнего инфракрасного диапазона с разрешением 500 м, а в остальных (диапазон от 0,4 до 14,4 мкм) – 1000м.

Радиометрическое разрешение исходных снимков весьма высоко: 12 бит. Пиковая скорость передачи данных составляет 10,6 Мбит/с.

Траектория движения носителя и угол обзора системы 110° (ширина полосы обзора 2330 км) позволяют MODIS за сутки получать изображение почти всей поверхности Земли, за исключением узких промежутков между полосами сканирования в низких широтах.

Так как работа пользователя с гиперспектральными данными затруднена, при проектировании системы MODIS была сделана ставка на специализированные виды продукции, представляющие результаты специальной обработки данных в определенных зонах, предусматривающей получение вторичных изображений, обеспечивающих изучение избранных объектов и явлений. Например, к таким тематическим продуктам относятся изображения LAI – индекса зеленой листовой площади растительного покрова, FPAR – индекса фотосинтетически активной радиации, поглощаемой растительностью. Всего на настоящий момент предлагается 44 вида производных изображений. Для их разработки были созданы четыре тематических группы, специализирующихся на калибровке данных и их использовании для исследования суши, атмосферы, и океана.