Научная работа: темы и направления для студентов 3 курса МФТИ (2018 год)

Математические методы обработки данных дистанционного зондирования Земли

Дмитриев Егор Владимирович

This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. 

В связи с развитием авиационной и в особенности космической техники, технологии дистанционного зондирования (ДЗ) природной среды приобретают не только научную, но и существенную прикладную значимость. По сравнению с контактными методами, основанными на регистрации характеристик исследуемого объекта с использованием датчиков, находящихся в непосредственном соприкосновении с объектом (термометр, термопара, газоанализатор и т.п.), дистанционные методы позволяют судить о свойствах наблюдаемых объектов по косвенным признакам путем регистрации излучаемых объектом или отраженных от него электромагнитных волн в различных диапазонах спектра. При дистанционном зондировании объектов на земной поверхности используются данные, полученные с помощью воздушных летательных аппаратов и искусственных спутников Земли (ИСЗ).

Дистанционное зондирование можно разделить на две категории – пассивное и активное. При пассивном зондировании сенсор фиксирует излучаемый или отражённый объектом сигнал (в основном, солнечный свет).

К таким сенсорам относятся фотокамеры (в том числе и цифровые), тепловизоры, пассивные сонары, радиометры, сейсмографы и т.д.

При активном зондировании сенсор испускает сигнал, а затем регистрирует его отражение от объекта. К таким сенсорам относятся лазерные сканеры, радары и эхолоты.

Перечислим основные области применения методов ДЗ Земли:

1. Картография (топография, землепользование, гражданское строительство).
2. Метеорология (исследование динамики атмосферы, прогноз погоды).
3. Мониторинг и оценка антропогенного влияния на окружающую среду (анализ развития городской инфраструктуры, контроль за опасными отходами производства).
4. Наблюдение за глобальными изменениями (изменения газового состава атмосферы, почвенно-растительного покрова).
5. Наблюдение за возобновляемыми природными ресурсам (заболоченные территории, почвы, леса, океаны).
6. Сельское хозяйство (анализ состояния сельскохозяйственных культур, прогноз урожая, исследование эрозии почв).
7. Добыча полезных ископаемых (минералы, нефть, природный газ).
8. Военная область: разведка и рекогносцировка (стратегические задачи, тактический анализ).

Существует два подхода к интерпретации аэрокосмических изображений.

Пространственный подход – изучение пространственных взаимосвязей между наземными объектами и нанесение их на карту. Для этого используются различные методы распознавания образов. При распознавании объектов на различных фонах, принятие решений основывается на различиях визуальных характеристик: тон, форма, размер, структура, текстура, тень и ассоциация.

Функциональный подход – определение параметров и свойств объектов. В данном случае часто требуется решение обратной задачи переноса излучения.

Приведем примеры практического использования методов ДЗЗ, которые могут стать темой научных исследований студента.

1. Восстановление лесотаксационных и биопродукционных параметров.

2. Автоматизированная текстурная сегментация

3. Сегментация крон отдельных деревьев лесного полога (авиационные изображения).

4. Оценка количества культур (подсчет масличных пальм)