РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
«УТВЕРЖДАЮ»:
Проректор по учебной работе
___________ Волосникова Л.М.
__________ _____________ 2011г.
ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ ЗЕМЛИ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов направления 021600.62 «Гидрометеорология» очной формы обучения
«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:
Авторы работы _____________ Пупырев М.А.
«______»___________ 2011 г.
Рассмотрено на заседании кафедры картографии и геоинформационных систем от
«______»___________ 2011г. протокол № _____
Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.
«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:
Объем ___ стр.
Зав. кафедрой ________ Новохатин В.В.
«______»___________ 2011г.
Рассмотрено на заседании УМК института математики, естественных наук и информационных технологий от
«______»____________ 2011г. протокол № _____
Соответствует ФГОС ВПО и учебному плану образовательной программы.
«СОГЛАСОВАНО»:
Председатель УМК _______ Столярова О. А.
«______»_____________2011г.
«СОГЛАСОВАНО»:
Зав. методическим отделом УМУ______ Федорова С.А.
«______»_____________2011 г.
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт математики, естественных наук и информационных технологий
Кафедра картографии и геоинформационных систем
Пупырев М.А.
ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ земли
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов направления 021600.62 «Гидрометеорология» очной формы обучения
Тюменский государственный университет
2011
Пупырев М.А. Дистанционное зондирование Земли. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов направления 021600.62 «Гидрометеорология» очной формы обучения. Тюмень, 2011г., 26 стр.
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю подготовки.
Рабочая программа дисциплины опубликована на сайте ТюмГУ: Дистанционное зондирование Земли [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.umk3.utmn.ru., свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой картографии и геоинформационных систем. Утверждено проректором по учебной работе Тюменского государственного университета.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: заведующий кафедрой картографии и геоинформационных систем, д.т.н. Новохатин В.В.
© Тюменский государственный университет, 2011.
© Пупырев М.А., 2011.
1. Пояснительная записка
1.1 Цель и задачи освоения дисциплины
Цель дисциплины «Дистанционное зондирование Земли», как одного из основных курсов в системе подготовки по направлению бакалавриата «Гидрометеорология», состоит в том, чтобы дать общие и специальные знания о дешифрировании и обработке аэрокосмических снимков Земли, возможностях применения их для решения прикладных географических задач, выработать методические и практические навыки камеральной обработки космических снимков и аэрофотоснимков.
Задачи дисциплины:
- познакомить с теорией и технологией применения аэрокосмических снимков для получения тематической информации о состоянии и изменениях географических объектов и картографирования, с основными свойствами аэрокосмических снимков и факторами, их определяющими;
- сформировать представление о существующих методических приемах дешифрирования и оценки надежности результатов, обучить навыкам распознавания на снимках объектов земной поверхности;
- научить конкретным практическим приемам дешифрирования изображений при решении прикладных географических задач;
- познакомить студентов с программными комплексами по автоматическому дешифрированию данных дистанционного зондирования;
- научить студентов использовать аэрокосмические снимки для создания и обновления топографических и тематических карт.
1.2 Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Дистанционное зондирование Земли» является базовой в общей профессиональной подготовке специалистов в области экологической геологии. Понимание общих положений, владение навыками технологий обработки и интерпретации данных аэрокосмического зондирования необходимо будущим специалистам для выполнения комплекса картосоставительских и научно-исследовательских работ по разработке и актуализации топографических и тематических карт, формированию картографических баз данных и специализированных геоинформационных продуктов, решению прикладных географических и экологических задач. Дисциплина дает фундаментальные знания и умения по геометрически и географически корректной интерпретации данных аэрокосмического зондирования. Курс является одним из ведущих в подготовке картографов в современных условиях.
Для освоения материала дисциплины необходимы знания основ географии, физики и математики, топографии, владение информационными технологиями.
Освоение дисциплины «Дистанционное зондирование Земли» необходимо в качестве предшествующих для всех дисциплин, оперирующих данными дистанционного зондирования Земли, курсов географического картографирования, а также для прохождения учебных и производственных практик.
1.3 Компетенции выпускника ООП бакалавриата, формируемые в результате освоения данной ООП ВПО
Процесс изучения дисциплин модуля направлен на формирование следующих компетенций в соответствии с ФГОС ВПО:
- знать основы картографии, владеть картографическим и аэрокосмическим методами в географических исследованиях (ПК-6);
* в результате освоения модуля бакалавр должен сформировать навыки владения аэрокосмическими методами.
- осуществляет сбор первичной документации полевых данных, первичной обработки полевой гидрометеорологической информации, проводит обработку, обобщение фондовых гидрометеорологических данных с использованием современных методов анализа и вычислительной техники, составляет карты, схемы, разрезы, таблицы, графики и другие установленной отчетности по утвержденным формам (ПК-11);
* бакалавр должен уметь использовать аэрокосмические снимки для создания и обновления топографических и тематических карт, владеть основными технологическими схемами.
* квалифицированно выбирать дистанционные материалы для информационного обеспечения проектов по созданию карт, геоинформационных систем и по географическому моделированию на разных территориальных уровнях.
- уметь использовать навыки работы с информацией из различных источников для решения профессиональных и социальных задач и (ОК-7);
* бакалавр должен уметь использовать аэрокосмические снимки для создания и обновления топографических и тематических карт, владеть основными технологическими схемами.
* квалифицированно выбирать дистанционные материалы для информационного обеспечения проектов по созданию карт, геоинформационных систем и по географическому моделированию на разных территориальных уровнях.
В результате освоения дисциплин модуля обучающийся должен:
Знать:
* дешифровочные признаки объектов земной поверхности;
* факторы, влияющие на надежность и достоверность дешифрирования;
* параметры аэросъемки, влияющие на результаты дешифрирования;
* сущность и особенности индикационного дешифрирования;
* эталонирование объектов ландшафтов и виды эталонов;
Уметь:
* создавать цифровые модели местности и использовать их для создания и обновления топографических и тематических карт;
* выбирать наиболее подходящие съемочные материалы, распознавать на снимках географические объекты по их дешифровочным признакам, оценивать надежность результатов дешифрирования;
* взаимодействовать с организациями – поставщиками космических снимков по их заказу и получению; уметь найти и получить необходимые снимки через Интернет.
Владеть:
* навыками аналитической обработки материалов дистанционного зондирования и стереофотограмметрических измерений;
* методическими приемами визуального и компьютерного дешифрирования снимков;
* методами оценки пригодности снимков для решения конкретных проектных задач.
2. Структура и трудоёмкость дисциплины
Дисциплина преподаётся в 6 семестре. Форма аттестации – зачет. Общая трудоёмкость дисциплины составляет 2 зачётных единицы 72 часа.
3. Тематический план
Таблица 1.
N
п/п
|
Раздел
дисциплины
|
Семестр
|
Неделя семестра
|
Виды учебной работы, включая самостоятельную работу и трудоёмкость
(в часах)
|
Из них в интерактивных формах, час.
|
Итого количество баллов
|
|
|
|
|
Л
|
Лаб.
|
СР
|
ОТ
|
|
|
|
Модуль 1
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.
|
Введение.
|
3
|
1
|
2
|
-
|
2
|
4
|
2
|
0 - 2
|
2.
|
Факторы, влияющие на дешифровочные свойства космоснимков.
|
3
|
2-4
|
2
|
6
|
8
|
16
|
4
|
0 - 8
|
|
Всего
|
|
5
|
4
|
6
|
10
|
20
|
6
|
0 - 10
|
|
Модуль 2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.
|
Дешифровочные признаки.
|
3
|
6-7
|
2
|
8
|
5
|
15
|
10
|
0 - 20
|
4.
|
Виды и методы дешифрирования.
|
3
|
8-9
|
2
|
6
|
5
|
13
|
8
|
0 - 20
|
|
Всего
|
|
4
|
4
|
14
|
10
|
28
|
18
|
0 - 40
|
|
Модуль 3
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5.
|
Генерализация при дешифрировании.
|
3
|
10-11
|
2
|
4
|
4
|
10
|
6
|
0 - 15
|
6.
|
Автоматизация процесса дешифрирования.
|
3
|
12
|
2
|
2
|
4
|
8
|
4
|
0 - 25
|
7.
|
Надежность результатов дешифрирования.
|
3
|
14
|
2
|
2
|
2
|
6
|
4
|
0 - 10
|
|
Всего
|
|
5
|
6
|
8
|
10
|
24
|
14
|
0 - 50
|
|
Итого
|
3
|
18
|
14
|
28
|
30
|
72
|
38
|
0 -100
|
|
Из них в интерактивной форме
|
|
|
10
|
12
|
16
|
|
38
|
|
Таблица 2.
Виды и формы отдельных оценочных средств в период текущего
контроля
№ темы
|
Устный опрос
|
Письменные работы
|
Технические формы контроля
|
Информационные системы и технологии
|
Итогоколичествобаллов
|
номенклатура
|
собеседование
|
коллоквиум
|
лабораторнаяработа
|
контрольная работа
|
тест
|
реферат
эссе
|
программы компьютерноготестирования
|
комплексные ситуационные задания
|
электронные практикум
|
|
Модуль 1
|
1. Введение.
|
-
|
0-1
|
-
|
-
|
-
|
0-1
|
-
|
-
|
-
|
-
|
0 - 2
|
2. Факторы, влияющие на дешифровочные свойства космоснимков
|
0-1
|
0-1
|
0-1
|
0-1
|
-
|
0-1
|
0-1
|
-
|
0-1
|
0-1
|
0 - 8
|
Всего
|
0-1
|
0-2
|
0-1
|
0-1
|
-
|
0-2
|
0-1
|
-
|
0-1
|
0-1
|
0-10
|
Модуль 2
|
3.Дешифровочные признаки.
|
-
|
0-2
|
0-4
|
0-4
|
0-3
|
-
|
0-2
|
0-3
|
0-2
|
-
|
0 - 20
|
4.Виды и методы дешифрирования
|
-
|
0-2
|
0-3
|
0-4
|
0-3
|
0-1
|
0-2
|
-
|
0-2
|
0-3
|
0 - 20
|
Всего
|
-
|
0-4
|
0-7
|
0-8
|
0-6
|
0-1
|
0-4
|
0-3
|
0-4
|
0-3
|
0 - 40
|
Модуль 3
|
5.Генерализация при дешифрировании.
|
-
|
0-2
|
0-4
|
0-4
|
0-2
|
0-2
|
0-2
|
-
|
0-2
|
0-2
|
0 - 20
|
6.Автоматизация процесса дешифрирования
|
-
|
0-1
|
0-1
|
0-2
|
0-2
|
0-2
|
0-2
|
0-3
|
0-2
|
-
|
0 - 15
|
7.Надежность результатов дешифрирования
|
-
|
0-2
|
0-1
|
0-3
|
0-2
|
0-2
|
0-3
|
-
|
0-2
|
-
|
0 - 15
|
Всего
|
-
|
0-5
|
0-6
|
0-9
|
0-6
|
0-6
|
0-7
|
0-3
|
0-6
|
0-2
|
0 - 50
|
Итого
|
0-1
|
0-11
|
0-14
|
0-18
|
0-12
|
0-9
|
0-12
|
0-6
|
0-11
|
0-6
|
0 -100
|
Таблица 3.
Планирование самостоятельной работы студентов
№
|
Модули и темы
|
Виды СРС
|
Неделя семестра
|
Объем часов
|
Кол-во баллов
|
обязательные
|
дополнительные
|
Модуль 1
|
|
|
|
|
|
1.
|
Введение.
|
собеседование
|
подготовка сообщений к докладу
|
1
|
5
|
0-2
|
2.
|
Факторы, влияющие на дешифровочные свойства космоснимков
|
исследовательская работа
|
решение примеров
|
2-4
|
5
|
06
|
Всего по модулю 1:
|
10
|
0-8
|
Модуль 2
|
|
|
|
|
|
3.
|
Дешифровочные признаки
|
исследовательская работа
|
решение
примеров
|
5
|
5
|
0-4
|
4.
|
Виды и методы дешифрирования
|
реферат
|
подготовка сообщений к докладу
|
6-7
|
5
|
0-6
|
Всего по модулю 2:
|
10
|
0-10
|
Модуль 3
|
|
|
|
|
|
5.
|
Генерализация при дешифрировании.
|
исследовательская работа
|
решение
примеров
|
8-9
|
4
|
0-6
|
6.
|
Автоматизация процесса дешифрирования
|
расчётно-графическая
|
решение
примеров
|
10-11
|
4
|
0-6
|
7.
|
Надежность результатов дешифрирования
|
исследовательская работа
|
подготовка сообщений
|
12-13
|
2
|
0-2
|
Всего по модулю 3:
|
10
|
0-8
|
ИТОГО:
|
30
|
0-32
|
4. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с
обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
Таблица 4
№ п/п
|
Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплины
|
Темы дисциплины необходимые для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
|
1.
|
Основы геоинформатики
|
+
|
+
|
+
|
+
|
+
|
+
|
+
|
2.
|
Фотограмметрия
|
-
|
+
|
+
|
+
|
+
|
+
|
+
|
3.
|
Геодезические основы карт
|
-
|
-
|
+
|
-
|
+
|
+
|
+
|
4.
|
Создание геоинформационных систем
|
-
|
+
|
+
|
+
|
+
|
+
|
+
|
5.
|
Основы спутникового позиционирования
|
-
|
+
|
+
|
+
|
-
|
+
|
+
|
6.
|
Оформление компьютерных и электронных карт
|
-
|
-
|
+
|
-
|
+
|
-
|
-
|
7.
|
Базы пространственных геоданных
|
-
|
-
|
-
|
+
|
+
|
+
|
-
|
8.
|
Тематическое картографирование
|
-
|
+
|
+
|
+
|
+
|
+
|
+
|
5. Структура и содержание дисциплины
Модуль 1.
1. ВВЕДЕНИЕ.
Термины и определения, цель и задачи курса, связь с другими дисциплинами картографического профиля, краткий исторический обзор.
2. Факторы, влияющие на дешифровочные свойства космоснимков.
Оптические характеристики объектов земной поверхности: коэффициент яркости, яркостный контраст, интервал яркости. Особенности фотографического воспроизведения объектов местности. Фотографические и геометрические параметры аэрофотосъемки, влияющие на результаты дешифрирования. Выбор оптимальных параметров и сроков аэрофотосъемки.
Модуль 2.
3. Дешифровочные признаки.
Изобразительные и информационные свойства снимков. Прямые и косвенные дешифровочные признаки. Индикаторы внутреннего строения ландшафта. Корреляционные связи между объектами местности. Дешифровочные эталоны.
4. Виды и методы дешифрирования
Топографическое и тематическое дешифрирование. Методы выполнения топографического дешифрирования: сплошное полевое и сплошное камеральное дешифрирование, маршрутное полевое дешифрирование с последующим камеральным, камеральное дешифрирование с последующей полевой доработкой, аэровизуальное дешифрирование. Приборы, применяемые при дешифрировании. Особенности тематического дешифрирования. Основные виды тематического дешифрирования: геологическое, сельскохозяйственное, лесохозяйственное, гидрологическое.
Модуль 3.
5. Генерализация при дешифрировании.
Определение количественных характеристик объектов. Материалы картографического значения, используемые при дешифрировании. Установление географических названий. Особенности дешифрирования различных объектов местности.
6. Автоматизация процесса дешифрирования.
Компьютерные методы дешифрирования: яркостные преобразования, определение индексов, компьютерная классификация. Приемы дешифрирования разновременных снимков. Автоматическое дешифрирование и векторизация в современных программных комплексах и векторизаторах.
7. Надежность результатов дешифрирования.
Особенности фотографического воспроизведения объектов местности. Фотографические и геометрические параметры аэрофотосъемки, влияющие на результаты дешифрирования. Выбор оптимальных параметров и сроков аэрофотосъемки.
6. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
ТЕМА: Факторы, влияющие на дешифровочные свойства космоснимков.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
Задание 1. Вычислить базис фотографирования "В" и высоту фотографиро вания "Н", которые относятся к геометрическим параметрам аэрофотосъёмки, влияющим на результаты дешифрирования. Формат аэрофото снимков равен lx х ly = 13 х 18 см. Остальные исходные данные при ведены для каждого варианта в таблице.
№ варианта
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
Данные
|
m
|
14000
|
12000
|
18000
|
7500
|
25000
|
5000
|
18000
|
10000
|
4500
|
25000
|
fк, мм
|
100
|
70
|
140
|
210
|
100
|
350
|
70
|
350
|
210
|
140
|
Р %
|
65
|
60
|
63
|
64
|
68
|
66
|
70
|
62
|
67
|
69
|
Задание 2. ОБЪЯСНИТЬ, каким образом высота фотографирования и базис фотогра фирования оказывают влияние на результаты дешифрирования.
Для вычисления использовать формулы, известные из курса фотограмметрии:
1. Н = fк * m, где
fк – фокусное расстояние съемочной камеры,
m – знаменатель масштаба аэрофотосъемки;
2. b =  * (100 – Р %),
B = b*m,
где b – базис фотографирования в масштабе аэрофотосъемки,
Р % - продольное перекрытие.
ТеМА: Дешифровочные признаки
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
ЗАДАНИЕ 1. Изучение дешифровочных признаков объектов на аэро- и космических снимках.
Задание 2. Определение количественных характеристик объектов по аэроснимкам.
ТЕМА: Виды и методы дешифрирования
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
ЗАДАНИЕ 1 Дешифрирование функциональных зон городской территории по космическим снимкам сверхвысокого пространственного разрешения.
Обработка изображений проведена с использованием программного продукта ENVI 4.3. Исходные материалы представляют собой комплекты панхроматических и мультиспектральных изображений с пространственным разрешением 1 и 4 м соответственно. Исходные снимки с использованием технологии паншарпенинга (pan-sharpening) приведены к пространственному разрешению 1 м. Динамический диапазон изображений составляет 11 бит, размерность спектрального пространства снимков равна четырем (голубой, зеленый, красный и инфракрасный диапазоны съемки).
ТЕМА: Генерализация при дешифрировании.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
ЗАДАНИЕ. Определить длину, ширину и высоту постройки по измерениям, выполненным на аэрофотоснимках. Исходные данные для каждого варианта приведены в таблице.
№ варианта
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
Данные
|
m
|
10000
|
25000
|
50000
|
10000
|
50000
|
5000
|
10000
|
25000
|
50000
|
10000
|
fк, мм
|
100
|
100
|
100
|
140
|
140
|
140
|
70
|
70
|
70
|
210
|
δl, мм
|
-0,07
|
-0,06
|
-0,03
|
-0,07
|
-0,06
|
-0,03
|
-0,07
|
-0,06
|
-0,03
|
-0,07
|
Результаты измерений, мм
|
Длина
|
7,7
|
3,9
|
2,1
|
7,5
|
3,7
|
1,9
|
7,8
|
3,8
|
2,0
|
7,0
|
Ширина
|
2,5
|
1,3
|
0,6
|
2,0
|
0,6
|
0,3
|
2,2
|
1,0
|
0,5
|
1,8
|
Δp
|
1,5
|
1,0
|
0,7
|
1,4
|
0,8
|
0,7
|
1,8
|
1,2
|
0,9
|
1,7
|
b
|
60
|
60
|
60
|
64
|
64
|
64
|
66
|
66
|
66
|
62
|
ТЕМА: Автоматизация процесса дешифрирования.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5
Задание 1. Применяя компьютерные методы дешифрирования: яркостные преобразования, определение индексов, компьютерная классификация, провести исследования снимков сверхвысокого разрешения.
Задание 2. Автоматизированное дешифрирование растительности и объектов гидрографии, анализ различных методов классификации с обучением, заложенных в ENVI (параллелепипедов, евклидова расстояния, расстояния Махаланобиса, максимального правдоподобия, спектрального угла) для этой задачи.
ТЕМА: Надежность результатов дешифрирования.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6
ЗАДАНИЕ. На аэрофотоснимке 1 : м = 1 : 5000 выполнить дешифрирование топографических объ ектов, указанных в таблице для каждого варианта. Результаты дешиф рирования вычертить на аэрофотоснимке условными знаками. Объяс нить, какие дешифровочные признаки использованы для опознавания объектов. Для выполнения работы потребуются условные знаки масштаба 1:5000.
№ варианта
|
Топографические объекты
|
№ варианта
|
Топографические объекты
|
1
|
Жилые строения
|
6
|
Нежилые строения
|
2
|
Древесная растительность
|
7
|
Декоративные посадки
|
3
|
а) Луговая растительность
б) Огороды
|
8
|
а) Башни водонапорные и силосные
б) Сады
|
4
|
Административные и производственные строения
|
9
|
а) Строящиеся здания
б) Сараи
|
5
|
Улицы с покрытием и без покрытия
|
10
|
а) Пруд и плотина
б) Высокотравье
|
7. Учебно - методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
7.1 ТЕМЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНЫХ ЗАНЯТИЙ СТУДЕНТОВ
1. Дешифрирование антропогенных комплексов, по снимкам Quickbird, WorldView-1, WorldView-2, GeoEye-1.
|
