Основы дистанционного зондирования Земли

Бакалавриат 2023/2024

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: Факультет географии и геоинформационных технологий

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, Медведев Андрей Александрович, Тельнова Наталья Олеговна

Язык: русский

Кредиты: 5

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 и развитие 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 последовательно рассматриваются такие темы как технологии получения данных и физические основы дистанционного зондирования, планирование съемок; свойства и особенности автоматизированной обработки снимков разного типа, в т.ч. оптических и радиолокационных; основы визуального и автоматизированного тематического дешифрирования данных дистанционного зондирования в географических исследованиях. В рамках семинарских занятий студенты последовательно выполняют целостный перечень работ компьютерного практикума от планирования съемок до цифровой тематической обработки временных серий изображений. Практическая подготовка также реализуется в формате групповых и индивидуальных проектных работ по использованию технологий дистанционного зондирования в конкретных географических кейсах. Знания и навыки, полученные студентами в результате освоения данного курса, необходимы и востребованы для дальнейшего изучения учебных дисциплин по тематической интерпретации и анализу изображений методами машинного обучения и компьютерного зрения, пространственному моделированию окружающей среды; при прохождения учебных полевых практик и при подготовке проектных 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 6 "Индексные преобразования"
Экзамен
Домашнее задание 1 "Эталонирование снимков"
По серии снимков различного пространственного и спектрального разрешения на выбранную территорию 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 консультации с преподавателем
Практическая работа 2 "Орбитальные характеристики ресурсных и метеорологических спутников"
Изучение орбитальных характеристик ресурсных и метеорологических спутников Земли при помощи программы Orbitron
Практическая работа 7 "Геометрическая коррекция изображений"
Практическая работа 10 "Формирование полетного задания для БПЛА"
Формирование полетного задания для БПЛА мультироторного типа с различными параметрами съемки выбранного объекта или участка территории
Практическая работа 9 "Стереофотограмметрическая обработка изображений"
Выполнение наземной фотограмметрической съемки одиночного объекта и стереофотограмметрическая обработка полученных данных.
Коллоквиум "Современные фонды аэрокосмических снимков"
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.
Домашнее задание 4 "Визуальный анализ и автоматизированное выявление изменений"
Визуальный анализ и автоматизированное выявление изменений земельного покрова/землепользования по серии разновременных мультиспектральных снимков
Практическая работа 1 "История дистанционного зондирования"
Экзамен
Практическая работа 4 "Свойства и способы визуализации мультиспектральных снимков"
Домашнее задание 2 "Визуальное дешифрирование"
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 преподавателем.
Домашнее задание 3 "Автоматизированное дешифрирование и классификация изображений"
Автоматизированное дешифрирование типов земельного покрова/землепользования по снимкам Sentinel-2 с использованием различных алгоритмов классификации изображений
Домашнее задание ""Фонды аэрокосмических снимков"
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.
Практическая работа 5 "Радиометрическая калибровка и атмосферная коррекция снимков"
Практическая работа 3 "Спектральные образы природных и антропогенных объектов"
Практическая работа 8 "Радиолокационные изображения"
Получение, предварительная обработка и интерпретация радиолокационных изображений

Промежуточная аттестация

2023/2024 учебный год 1 модуль
0.1 * Практическая работа 1 "История дистанционного зондирования" + 0.2 * Практическая работа 2 "Орбитальные характеристики ресурсных и метеорологических спутников" + 0.2 * Практическая работа 3 "Спектральные образы природных и антропогенных объектов" + 0.2 * Практическая работа 4 "Свойства и способы визуализации мультиспектральных снимков" + 0.3 * Экзамен
2023/2024 учебный год 3 модуль
0.2 * Домашнее задание ""Фонды аэрокосмических снимков" + 0.05 * Коллоквиум "Современные фонды аэрокосмических снимков" + 0 * Практическая работа 5 "Радиометрическая калибровка и атмосферная коррекция снимков" + 0.1 * Практическая работа 6 "Индексные преобразования" + 0.1 * Практическая работа 7 "Геометрическая коррекция изображений" + 0.15 * Практическая работа 8 "Радиолокационные изображения" + 0.1 * Практическая работа 9 "Стереофотограмметрическая обработка изображений" + 0.3 * Экзамен
2023/2024 учебный год 4 модуль
0.2 * Домашнее задание 1 "Эталонирование снимков" + 0.25 * Домашнее задание 2 "Визуальное дешифрирование" + 0.25 * Домашнее задание 3 "Автоматизированное дешифрирование и классификация изображений" + 0.2 * Домашнее задание 4 "Визуальный анализ и автоматизированное выявление изменений" + 0.1 * Практическая работа 10 "Формирование полетного задания для БПЛА"

Список литературы

Авторы

Бушуева Ирина Сергеевна
Медведев Андрей Александрович
Тельнова Наталья Олеговна

Программа дисциплины