Основы дистанционного зондирования Земли

Бакалавриат 2021/2022

Лучший по критерию «Полезность курса для Вашей будущей карьеры»

Лучший по критерию «Полезность курса для расширения кругозора и разностороннего развития»

Лучший по критерию «Новизна полученных знаний»

Статус: Курс обязательный (География глобальных изменений и геоинформационные технологии)

Направление: 05.03.02. География

Кто читает: Базовая кафедра Института географии РАН

Где читается: Факультет географии и геоинформационных технологий

Когда читается: 1-й курс, 1-4 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Охват аудитории: для своего кампуса

Преподаватели: Бушуева Ирина Сергеевна, Грищенко Михаил Юрьевич, Медведев Андрей Александрович, Тельнова Наталья Олеговна, Трошко Ксения Анатольевна

Язык: русский

Кредиты: 4

Контактные часы: 96

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Дисциплина предназначена для студентов начальных курсов, знающих основы физической географии, физики, математической статистики и информатики. Курс направлен на формирование знаний о современных способах получения данных дистанционного зондирования и практических навыков сбора, цифровой обработки и тематической интерпретации аэрокосмических снимков для различных задач географических исследований. В курсе рассматриваются такие темы как технологии получения данных и физические основы дистанционного зондирования; свойства и особенности обработки снимков разного типа; основы тематической интерпретации данных дистанционного зондирования в географических исследованиях. Знания и навыки, полученные студентами в результате освоения данного курса, необходимы для изучения учебных дисциплин по тематическому дешифрированию и анализу изображений, пространственному моделированию окружающей среды; для прохождения учебной полевой практики; при подготовке курсовых и квалификационных работ в части самостоятельного подбора и обработки данных дистанционного зондирования.

Цель освоения дисциплины

Формирование знаний о современных технологиях дистанционного зондирования и о сферах их применения для тематических географических исследований на разных масштабных уровнях
Приобретение практических навыков сбора, автоматизированной обработки и тематической интерпретации данных дистанционного зондирования различного типа для географических исследований

Планируемые результаты обучения

1. Объясняет особенности регистрации излучения от поверхности Земли в разных спектральных диапазонах и при разных способах дистанционного зондирования
2. Определяет тип цифрового снимка по источнику получения, спектральному, пространственному разрешению; использует разные способы визуализации снимков
3. Проводит геометрическую привязку, коррекцию и ортотрансформирование снимков
4. Принимает решение о необходимости радиометрической калибровки и атмосферной коррекции снимков и непосредственно производит такую коррекцию, создает и тематически интерпретирует индексные изображения; проводит предварительную обработку радиолокационных снимков
5. Обоснованно выбирает параметры съемки и обработки сверхвысокодетальных оптических данных с БПЛА в зависимости от места проведения и тематики географических исследований
6. Подбирает данные, необходимые для решения конкретной тематической научной или прикладной задачи географического исследования из современного фонда аэрокосмических снимков и производных продуктов их обработки, используя все имеющиеся возможности доступа к таким данным
7. Распознает и выделяет географические объекты на аэрокосмических снимках различного пространственного разрешения и типа
8. Разрабатывает схемы визуального и автоматизированного дешифрирования аэрокосмических снимков различного пространственного разрешения и типа

Содержание учебной дисциплины

Введение. Значение дистанционного зондирования для географических исследований.
Основные технологии получения данных дистанционного зондирования
Физические основы дистанционного зондирования Земли.
Аэрокосмические снимки как пространственные данные
Компьютерная обработка аэрокосмических снимков в оптическом диапазоне для улучшения их изобразительных и дешифровочных свойств
Геометрические свойства аэрокосмических снимков
Особенности предварительной обработки и тематической интерпретации радиолокационных снимков
Современный фонд данных дистанционного зондирования
Основы фотограмметрической обработки аэрокосмических снимков
Основы дистанционного зондирования с беспилотных летательных аппаратов (БПЛА)
Основы тематической интерпретации данных дистанционного зондирования в географических исследованиях
Технология и методика дешифрирования

Элементы контроля

Практическая работа 1 "История дистанционного зондирования"
Практические работы являются важнейшей и неотъемлемой составляющей данной дисциплины, и выполняются преимущественно в виде компьютерных практикумов как в течение семинарских занятий, так и в часы самостоятельной работы. Содержание практических работ и дополняющих их заданий для самостоятельной работы раскрывает и дополняет содержание отдельных разделов лекционной части дисциплины, и в целом направлено на приобретение студентами практических навыков компьютерной обработки и визуализации данных дистанционного зондирования различных типов в нескольких специализированных программных пакетах: как открытых, так и лицензионных. В начале каждого семинарского занятия преподаватель формулирует цель и задачи практической работы, демонстрирует порядок ее выполнения, определяет структуру отчета о работе и оговаривает сроки окончательной сдачи работы, а также обеспечивает студентов необходимыми данными дистанционного зондирования и оказывает в контактные часы необходимую методическую поддержку. Отчет о практической работе содержит полученные в результате обработки цифровые данные, подробную наглядную демонстрацию этапов выполнения работы в виде скриншотов, необходимые методические пояснения, общие выводы.
Домашнее задание 1 (Раздел 6) Привязка аэрокосмического снимка
Домашнее задание выполняется студентом индивидуально в часы самостоятельной работы. Итогом выполнения домашнего задания является отчет в письменном виде и при необходимости – полученные данные дистанционного зондирования или цифровые результаты их обработки. На установочном семинарском занятии преподаватель определяет территорию исследования (индивидуальную для каждого студента), набор используемых данных дистанционного зондирования; разъясняет необходимые технические вопросы, в т.ч. связанные с использованием специализированного ПО, определяет методику и порядок выполнения задания; приводит примеры результатов задания и устанавливает правила оформления отчетных материалов.
Практическая работа 5.1 Радиометрическая калибровка и атмосферная коррекция" (Раздел 5).
Предварительная обработка мультиспектральных изображений в оптическом диапазоне. Радиометрическая калибровка и атмосферная коррекция
Практическая работа 7 "Радиолокационные изображения" (Раздел 7)
Получение, предварительная обработка и интерпретация радиолокационных изображений
Практическая работа "Формирование полетного задания для БПЛА" (Раздел 10)
Формирование полетного задания для БПЛА мультироторного типа с различными параметрами съемки выбранного объекта или участка территории
Практическая работа "Автоматизированное выявление изменений" (Раздел 12)
Автоматизированное выявление и анализ изменений земельного покрова/землепользования по серии разновременных мультиспектральных снимков
Коллоквиум 1 (раздел 8)
Коллоквиум проводится в формате устного представления и обсуждения результатов отчетов ранее выполненных домашних заданий. Преподаватель устанавливает регламент выступлений, представляющих проект и время на общее обсуждение всех прослушанных докладов.
Практическая работа 2 (Раздел 2)
Орбитальные параметры искусственных спутников Земли и планирование съемок
Практическая работа 3 (Раздел 3)
Спектральные образы природных и антропогенных объектов Критерии оценивания
Практическая работа 4 (Раздел 4)
Способы визуализации и предварительный анализ мультиспектральных изображений с использованием специализированного программного обеспечения
Экзамен (модуль 1)
Экзамен в форме контрольного теста проводится в конце 1 модуля для проверки приобретенных в результате освоения Разделов 1-4 знаний о физических и технологических основах дистанционного зондирования, истории и современного состояния этой предметной области. Состоит из 10 вопросов. Взвешенная сумма ответов на все вопросы оценивается максимум в 10 баллов,
Практическая работа 5.2 "Спектральные преобразования" (Раздел 5)
Создание, анализ и интерпретация индексных изображений для выявления объектов разного типа по мультиспектральным данным дистанционнного зондирования
Практическая работа 6 (Раздел 6)
Геометрическая коррекция мультиспектрального снимка по опорным точкам, локальная коррекция, корегистрация и ортотрансформирование
Практическая работа "Стереофотограмметрическая обработка изображений" (Раздел 9)
Выполнение наземной фотограмметрической съемки одиночного объекта и стереофотограмметрическая обработка полученных данных.
Практическая работа "Автоматизированное дешифрирование и классификация изображений" (Раздел 12)
Автоматизированное дешифрирование типов земельного покрова/землепользования по снимкам Sentinel-2 с использованием различных алгоритмов классификации изображений
Домашнее задание 2 "Фонды аэрокосмических снимков" (Раздел 8)
Работа с электронными фондами аэрокосмических снимков. Анализ обеспеченности аэрокосмическими снимками и производными продуктами их обработки выбранной территории на заданный временной интервал; подготовка каталога метаданных и оценка применимости собранных данных для географических исследований данной территории. Домашнее задание выполняется студентом в часы самостоятельной работы. В период подготовки домашнего задания и представления его результатов на коллоквиуме проводятся регулярные онлайн-консультации с преподавателями.
Экзамен (Разделы 1–9)
Экзамен проводится в конце 3 модуля в письменном виде Экзаменационный билет включает 5 контрольных вопросов, проверяющих знания содержания разделов 1-9 в виде кратких закрытых тестов, и произвольное цифровое изображение, визуальный анализ которого позволит ответить на 3 предложенных вопроса в виде открытого и закрытых тестов. Взвешенная сумма ответов на все вопросы оценивается максимум в 10 баллов.
Домашнее задание 3 "Эталонирование снимков" (Раздел 11)
По серии снимков различного пространственного и спектрального разрешения на выбранную территорию, отобранных в результате выполнения Домашнего задания 2, студент составляет таблицу дешифровочных эталонов различных географических объектов и пояснительную записку к ней Домашнее задание выполняется студентом в часы самостоятельной работы. В период подготовки домашнего задания проводятся регулярные онлайн-консультации с преподавателями
Домашнее задание 4 "Визуальное дешифрирование" (Раздел 12)
Составление схемы визуального тематического дешифрирования мультиспектрального снимка высокого разрешения на выбранную территорию Домашнее задание выполняется студентом в часы самостоятельной работы. В период подготовки домашнего задания проводятся регулярные онлайн-консультации с преподавателями.

Промежуточная аттестация

2021/2022 учебный год 1 модуль
0.2 * Практическая работа 2 (Раздел 2) + 0.2 * Практическая работа 4 (Раздел 4) + 0.2 * Практическая работа 3 (Раздел 3) + 0.1 * Практическая работа 1 "История дистанционного зондирования" + 0.3 * Экзамен (модуль 1)
2021/2022 учебный год 3 модуль
0.05 * Коллоквиум 1 (раздел 8) + 0.2 * Домашнее задание 1 (Раздел 6) Привязка аэрокосмического снимка + 0.1 * Практическая работа 5.1 Радиометрическая калибровка и атмосферная коррекция" (Раздел 5). + 0.25 * Экзамен (Разделы 1–9) + 0.1 * Практическая работа 7 "Радиолокационные изображения" (Раздел 7) + 0.15 * Домашнее задание 2 "Фонды аэрокосмических снимков" (Раздел 8) + 0.05 * Практическая работа "Стереофотограмметрическая обработка изображений" (Раздел 9) + 0.1 * Практическая работа 5.2 "Спектральные преобразования" (Раздел 5)
2021/2022 учебный год 4 модуль
0.5 * 2021/2022 учебный год 3 модуль + 0.045 * Практическая работа "Автоматизированное выявление изменений" (Раздел 12) + 0.045 * Практическая работа "Автоматизированное дешифрирование и классификация изображений" (Раздел 12) + 0.2 * 2021/2022 учебный год 1 модуль + 0.075 * Домашнее задание 3 "Эталонирование снимков" (Раздел 11) + 0.075 * Домашнее задание 4 "Визуальное дешифрирование" (Раздел 12) + 0.06 * Практическая работа "Формирование полетного задания для БПЛА" (Раздел 10)

Программа дисциплины