Бесплатный фрагмент - Основы обработки данных спутникового дистанционного зондирования

ВВЕДЕНИЕ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ УЧЕБНОГО ПОСОБИЯ

Методы и данные дистанционного зондирования Земли востребованы и активно применяются во всех разделах наук о Земле. Вместе с тем, дистанционное зондирование, являясь, в известной степени, самостоятельной научной и научно-технической областью, основывается на весьма многогранном и не простом для понимания и освоения массиве знаний. Изучение и использование в исследованиях методологии и методов дистанционного зондирования предполагает наличие у специалиста комплекса знаний как в области наук о Земле в целом (не ограничивающихся единственным их разделом, на котором специалист концентрирует свои исследовательские интересы и усилия), так и в области физики, математики и информационных технологий.

Погружение в теорию дистанционного зондирования и приобретение навыков квалифицированного использования специализированного программного обеспечения при работе с данными дистанционного зондирования требует значительного времени. Вместе с тем, при обучении специалистов в области наук о Земле, в том числе начинающих изучать и осваивать дистанционное зондирование, на начальных этапах обучения критически важно сформировать основы профессионального кругозора и обеспечить широту восприятия изучаемой предметной области.

При подготовке настоящего учебного пособия целью автора было формирование у обучающихся понимания базовых принципов работы с данными дистанционного зондирования и основных практических навыков поиска и визуализации данных спутниковых съёмок, а также понимания основных приёмов манипулирования данными при их использовании для решения прикладных задач. При этом предполагалось, что форма представления материала должна быть максимально проста для восприятия, в связи с чем использован принцип пошагового представления и освоения материала. Кроме того, автор исходил из необходимости минимизировать затраты времени со стороны обучающегося, оценивая материал пособия как вводно-ознакомительный, позволяющий получить общее представление о рассматриваемой области знания и выбрать пути для дальнейшего углублённого знакомства с ней, в том числе, путём изучения дополнительной литературы, перечисленной в заключительном разделе пособия (Рекомендуемая к прочтению литература).

Пособие может быть использовано как для теоретического, так и для практического освоения материала. Обучающийся может ознакомиться с текстом не выполняя каких-либо действий связанных с загрузкой упоминаемых в тексте данных и установкой рассматриваемого в тексте программного обеспечения. Такой подход позволит сформировать обобщённое представление о практических аспектах полного цикла работы с данными дистанционного зондирования. В то же время, текст пособия построен таким образом, что обучающийся, при желании, может воспроизвести все рассматриваемые действия на собственном компьютере, детально изучая упоминаемые в тексте данные и результаты их обработки. Пособие предполагает использование для обучения данных спутниковых съёмок и специализированного программного обеспечения находящихся в открытом доступе.

В качестве примеров материалов спутникового дистанционного зондирования рассмотрены данные Государственной корпорации «Роскосмос» (Россия) и данные, собираемые и публикуемые Геологической службой (USGS) и Национальным аэрокосмическим агентством (NASA) Соединённых Штатов Америки. Спутниковые снимки с космических аппаратов серии Landsat (США) рассмотрены в качестве примера одного из наиболее объёмных массивов однородных данных спутниковой съёмки публикуемых в открытом доступе и одного из наиболее часто упоминаемых в научных публикациях источника данных.

В качестве программного обеспечения для обработки данных спутниковых съёмок, при подготовке учебного пособия, выбран свободно распространяемый программный продукт Orfeo Tool Box. Причиной такого выбора стала возможность запуска данного программного продукта на компьютере пользователя без установки в операционной системе, что может быть критично при работе в университетских компьютерных классах или на иных компьютерах, где у обучающегося нет прав администратора и, соответственно, возможности самостоятельно устанавливать программное обеспечение. Кроме того, Orfeo Tool Box обладает весьма минималистичным графическим интерфейсом пользователя, что позволяет не распылять внимание обучающегося и «не пугать» его обилием элементов управления при первом знакомстве с графической рабочей средой.

Пособие рекомендовано к использованию в учебных процессах Учебно-методической комиссией по УГСН 05.00.00 Науки о Земле ФГБОУ ВО Санкт-Петербургский государственный университет (протокол заседания 05/2.1/05-03-6 от 13.06.2024).

ПОИСК И ЗАГРУЗКА ДАННЫХ

Данные ГК РОСКОСМОС

Регистрация в системе поиска и доступа к данным

Данные съёмочных систем, запускаемых и управляемых Российской Федерацией доступны для загрузки на сайте Научного центра оперативного мониторинга Земли АО «Российские космические системы» (НЦ ОМЗ), входящего в состав Госкорпорации «Роскосмос» (ГК «Роскосмос») — https://ntsomz.ru.

Для доступа к данным необходимо перейти в раздел Банк базовых продуктов межведомственного использования на сайте НЦ ОМЗ (1).

На открывшейся странице следует перейти к сервису Банк базовых продуктов (1).

На открывшейся странице сайта можно зайти в раздел Номенклатура базовых продуктов (1), чтобы ознакомиться с перечнем доступных для загрузки типов данных, перейти в раздел Перечень космических аппаратов ДЗЗ и их характеристики (2), для ознакомления с перечнем съёмочных платформ, либо перейти в Интерактивный каталог для поиска и выбора снимков (3).

Продукт, в состав которого включены зарегистрированные при выполнении оптической мультиспектральной спутниковой съёмки данные спектральных яркостей, описанный в разделе Номенклатура базовых продуктов, обозначен как TOA_L (1).

Для поиска и выбора снимков в Интерактивном каталоге необходимо авторизоваться на сайте, ссылка в правом верхнем углу страницы — (1), указав имя и пароль, полученные в результате ранее выполненной регистрации. При первом входе на сайт, при отсутствии регистрации, для её выполнения, следует пройти по этой же ссылке.

При регистрации необходимо указать адрес электронной почты, на которую придёт письмо со ссылкой для подтверждения регистрации. После перехода по ссылке из письма, зарегистрированная учётная запись станет активной и появится возможность авторизоваться на сайте, указав имя и пароль, заданные при регистрации.

Поиск и выбор данных в каталоге

Для указания критериев поиска и выбора спутниковых снимков, имеющихся в каталоге, необходимо открыть панель Фильтра данных, нажав на соответствующий значок в левой верхней части окна (1).

Представленную в левой части окна панель с кратким описанием порядка работы с сервисом можно закрыть, чтобы освободить пространство карты, на которой, в свою очередь, будет выполняться графическая визуализация результатов поиска и выбора снимков (2). Также можно закрыть представленную ниже информационную панель (3).

На открывшейся панели Поиск данных (1) представлены инструменты для параметризации поиска. Используя инструменты для нанесения маркеров, линейных и площадных контуров на карту (2), можно задать точку, контур или область, для которых будет выполняться поиск снимков. Ниже можно ограничить диапазон дат, в которые была выполнена съёмка (3), а также выбрать съёмочные платформы, для которых будет выполнен поиск снимков (4). Также можно задать такие параметры как облачность — максимальная площадь снимка (в процентах от общей площади), которая может быть закрыта облаками и предельные значения углов, под которыми выполнялась съемка и падал на рассматриваемую территорию в момент съёмки солнечный свет (5).

Для поиска снимков, полученных с аппаратов Метеор-М (пространственное разрешение спектрозональных каналов, составляет 60 м/пикс) следует указать на карте точку (либо контур, либо область) поиска (1) и выбрать инструмент КМСС (2) в разделе Сенсоры панели Поиска данных. После указания всех желаемых параметров следует нажать значок Найти (3).

По выполнении поиска в правой части окна автоматически отобразится панель Результат выборки (1), которую при необходимости можно открыть, также, нажатием на значок Результат выборки в левом верхнем углу окна (2). На панели будет представлен список найденных снимков с краткими описаниями параметров съёмки, а в пространстве карты — контуры границ снимков, представленных в списке.

Для предварительного просмотра на карте изображения любого из представленных в списке снимков следует нажать на значок в форме глаза напротив требуемого пункта списка (1), загрублённое изображение снимка отобразится в пространстве карты (2). Повторным нажатием на значок отображение можно выключить. Для выбора данных снимка (файлов снимка), доступных для загрузки, следует нажать на значок в форме строк напротив требуемого пункта списка (3).

Загрузка данных

При наведении курсора мыши на любой из пунктов в списке, на карте будет подсвечиваться соответствующий контур границы снимка (1). В режиме выбора данных для загрузки, для выбранного снимка будут отображаться значки продуктов (наборов данных), доступных для загрузки (2). Для выхода из режима выбора данных следует нажать на значок закрытия напротив требуемого пункта списка (3).