Разработка методики геоэкологического дешифрирования космических изображений побережья Красного моря Йеменской республики

В рамках широкого понятия «геоэкология» находятся многие, весьма разнообразные научные направления и практические проблемы. В связи с тем, что геоэкология охватывает многообразные аспекты взаимодействия общества и природы, наблюдается различная трактовка её предмета, объекта и содержания, не определен круг вопросов геоэкологических исследований, не существует общепризнанной методологии и терминологической базы.

При геоэкологическом изучении территории используются самые совершенные технологии обработки экспериментальных данных, и прежде всего, основанные на современных достижениях компьютерных технологий.

В геоэкологии одним из наиболее актуальных и перспективных направлений является разработка автоматизированных технологий тематической обработки многозональных космических изображений для решения различных фундаментальных экологических, а также прикладных геоэкологических задач, связанных с прогнозом опасных природных и антропогенных процессов.

Для территории Йемена использование материалов дистанционного зондирования поверхности Земли имеет особое значение, не только потому, что аэрокосмические технологии, занимающие важное место в современных науках о Земле, позволяют получить новую тематическую геопространственную информацию, но еще и потому, что большая часть её территории занята труднодоступными высокогорными хребтами, и прибрежными равнинами. В этих условиях применение известных и разработка новых автоматизированных компьютерных технологий обработки космических изображений с целью получения различной геоэкологической информации с учетом эколого-географических особенностей территории Йемена является очень актуальной проблемой, решение которой способствует получению новой геоэкологической информации, повышению достоверности и оперативности её получения, а также прямому и косвенному экономическому эффекту — резкому снижению затрат на эколого-исследовательские, прогнозные и другие виды работ.

Целью работы является разработка методики обработки многозональных космических изображений для решения геоэкологических задач с учётом географических особенностей территории Йемена.

Реализация поставленной цели потребовала решения следующих задач:

• проведение обзора и анализа существующих классификаций геоэкологических задач и компьютерных технологий их решения;

• проведение обзора и анализа технических средств дистанционного зондирования поверхности Земли и программных средств получения и предварительной обработки космической информации для решения различных геоэкологических задач;

• проведения обзора, анализа и выбора программных средств тематической обработки космической информации и подбор программных модулей для решения задач, сформулированных в данной диссертации;

• проведение эксперимента по практическому использованию разработанной методики автоматизированной обработки многозональных космических изображений применительно к геоэколого-географическим особенностям территории Йемена:

— изучение спектральных характеристик природных экосистем;

— сравнительный анализ геоэкологической информативности космических изображений в зависимости от их спектральных зон;

— сравнительный анализ информативности космических изображений в зависимости от их разрешающей способности;

• комплексный анализ с использованием автоматизированных методов дешифрирования пространственного размещения различных типов природных экосистем района интереса. Полученные результаты явятся основой рациональной пространственно-ресурсной организации территориального развития, и, следовательно, будут способствовать осуществлению различных проектов по природопользованию с минимизацией рисков для природных экосистем.

Основным фактическим материалом послужили материалы многозональной съемки КА Landsat 7 в шести спектральных каналах с пространственным разрешением 30 метров и топографическая карта масштаба 1:100 ООО издания 1986 г. Автоматизированный поиск осуществлялся при помощи программного пакета ERDAS IMAGINE.

Методика исследования включала:

• изучение литературных и картографических материалов;

• изучение и получение практических навыков работы с программными пакетами ERDAS, Adobe Photoshop.

• анализ и отбор программного обеспечения для решения конкретных задач, сформулированных в диссертации;

• подбор многозональных космических изображений на тестовые участки;

• определение оптимальных условий получения геоэкологической информации в зависимости от типа и разрешающей способности зонального космического изображения;

•автоматизированную обработку космических изображений с использованием разных программных средств для получения требуемой геоэкологической информации;

•разработка классификаторов природных экосистем в зависимости от их спектральных характеристик применительно к геоэколого-географическим особенностям строения территории Йемена;

• полевые исследования тестовых участков.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• разработана и реализована технология геоэкологического дешифрирования на основе соотнесении спектральных характеристик природных экосистем применительно к эколого-географическим условиям Йемена;

• показана, что наиболее информативна для эколого-географических условий Йемена являются зелёная (0,45−0,52мкм) и инфракрасная (1,55−1,75мкм) зоны электромагнитного излучения и отношения отражательных способностей природных экосистем в этих зонах;

• Сформировано оптимальное базовое программное обеспечение, позволяющие производить оперативный анализ спектральных характеристик природных экосистем и обеспечивающее выбор классификаторов разных экосистем.

Предмет защиты может быть сформулирован в виде следующих положений:

1. Методика геоэкологического дешифрирования космических изображений побережья Красного моря Йеменской республики, основанная на соотнесении отражательных характеристик природных экосистем в разных спектральных зонах.

2.Спектральные характеристики природных экосистем Йеменской республики в разных зонах электромагнитного излучения.

3. Программные пакеты, позволяющие производить оперативный анализ спектральных характеристик природных экосистем и облегчающие выработку классификаторов разных экосистем.

По результатам выполненных исследований по теме диссертации автором опубликовано 3 научные статьи и сделаны доклады на 2-х научных конференциях студентов и молодых ученых МИИГАиК (2007,2008).

Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка использованной литературы, который насчитывает 53 наименования. Объём диссертации составляет 145 страниц основного текста, включая 14 таблиц, 48 иллюстраций.

Заключение

:

1. Выполнено обобщение и анализ технических средств дистанционного зондирования поверхности Земли программных средствах получения и обработки космической изображений и отобраны программные пакеты, позволяющие наиболее эффективно производить обработку космической информации в эколого-географических условиях Йемена.

2. Выполнен сравнительный анализ геоэкологической информативности зональных космических изображений и установлено, что для автоматизированного распознавания природных экосистем прибрежных районов Йемена наиболее эффективно использование отношения отражательных способностей, полученных в 1 (0,45−0,52мкм) и 5 (1,55−1,75мкм) каналах Landsat — 7.

3. Предложен способ оперативного анализа спектральных характеристик позволяющий существенно сократить время поиска классификационных признаков и выработку спектрального классификатора по каждому из образцов природных экосистем и проверить возможность их разделения.

4. Выполнено полевые фотографирование цифровой фотокамерой SONY наиболее характерных природных экосистем прибрежных районов Йемена с координатной привязкой фотографируемых объектов при помощи GPS.

5. Разработана методика геоэкологического дешифрирования прибрежных экосистем на основе соотнесении спектральных характеристик природных экосистем в зелёной (0,45−0,52мкм) и инфракрасной (1,55−1,75мкм) зонах электромагнитного излучения земной поверхности.

6. Построена схемы геоэкологического дешифрирования прибрежных районов Йемена на основе разработанной методики;

7. Выполнено геоэкологическое дешифрирование с использованием гиперпараллелепипедного метода и классификации по методу максимального правдоподобия.

8. Выполнен сравнительный анализ результатов дешифрирования, полученных при помощи методики, разработанной автором, и гиперпараллелепипедном методом. Сделан вывод о целесообразности комплексного использования авторской технологической разработки и гиперпараллелепипедного метода с целью взаимного контроля и пополнения получаемых результатов и детализации отдельных ситуаций и объектов.