Учебная программа для географических специальностей

Министерство образования Республики Беларусь
Государственное учреждение образования
«Республиканский институт высшей школы»
УТВЕРЖДАЮ
Первый заместитель Министра
образования Республики Беларусь
_______________ А.И. Жук
15.06.2006
Регистрационный № ТД 6-047/ тип.
МЕТОДЫ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ
ИССЛЕДОВАНИЙ
Учебная программа для географических специальностей
высших учебных заведений
СОГЛАСОВАНО
Председатель Учебно-методического объединения
вузов Республики Беларусь по естественнонаучному
образованию
_______________ В.В. Самохвал
___________ 2006
Начальник управления высшего и среднего
специального образования Министерства образования
Республики Беларусь
_______________ Ю.И. Миксюк
___________ 2006
Первый проректор Государственного учреждения
образования "Республиканский институт высшей
школы"
________________ В.И. Дынич
___________ 2006
Эксперт
____________ Н.П. Машерова
___________ 2006
МИНСК
2006
Составитель:
Ф.Е.Шалькевич - доцент кафедры геодезии и картографии Белорусского
государственного университета, кандидат биологических наук, доцент.
Рецензенты:
Кафедра физической географии Учреждения образования «Белорусский
государственный педагогический университет им. М.Танка»;
И.А. Тяшкевич - директор РУП «Космоаэрогеология» НАН Беларуси.
Л.И. Шибут – ведущий научный сотрудник РУП «Институт почвоведения и
агрохимии НАН Беларуси», кандидат сельскохозяйственных наук.
Рекомендована
к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой геодезии и картографии Белорусского государственного
университета (протокол № 8 от 11 января 2006 г.);
Научно-методическим советом Белорусского государственного
университета (протокол № 3 от 13 апреля 2006 г.);
Научно-методическим советом по специальности 31 02 01
«География» Учебно-методического объединения вузов Республики
Беларусь по естественнонаучному образованию (протокол № 2 от
6 февраля 2006 г.).
Пояснительная записка. Аэрокосмическое зондирование открыло
качественно новый этап в информационном обеспечении исследований в
науках о Земле. Аэрокосмические методы
позволяют не только
распознавать в камеральных условиях объекты и явления по снимкам, но
и получать их количественные характеристики. В настоящее время они
широко применяются в различных науках географического цикла.
Главная
задача
дисциплины
«Аэрокосмические
методы
исследований» заключается в изучении явлений и процессов,
происходящих в географической оболочке Земли по снимкам, а ее
основное содержание заключается в учении о снимке, как о двумерном
изображении географических объектов, получаемом в результате
дистанционной регистрации их собственного или отраженного
излучения, и предназначенного для дешифрирования и географического
анализа. Это положение базируется на том, что аэрокосмический снимок
является наиболее универсальной формой регистрации излучения,
отражающей географическую информацию об исследуемых объектах,
обеспечивая наибольшее число решаемых практических задач.
Основная цель курса – научить студентов логически обосновано и
географически
правильно
читать
аэрокосмические
снимки,
анализировать их содержание, уметь обращаться с приборами и
инструментами при их обработке.
Объем курса - 35 аудиторных часов. Курс состоит из двух частей.
В первой рассматриваются история развития аэрокосмических методов,
технические средства и технология получения снимков, виды
аэрокосмических съемок, способы и методы извлечения из снимков
информации. Во второй – особенности конкретного применения
аэрокосмических методов в различных областях географии, космическом
картографировании, аэрокосмическом мониторинге.
Внедрение информации, полученной аэрокосмическими методами,
в разные отрасли науки и практики должен осуществляться через
картографические материалы различного назначения и содержания.
Поэтому каждый географ должен ориентироваться в вопросах
разнообразия и возможностей использования современных материалов
аэрокосмической съемки и владеть навыками работы с ними.
Часть I.
Введение. Аэрокосмические методы, их сущность и связь с
географическими дисциплинами. Роль и значение аэрокосмических
методов в географических исследованиях. Состояние и перспективы
3
развития аэрокосмических методов. История развития аэрокосмических
методов.
Носители аппаратуры для аэрокосмической съемки. Носители
для воздушной съемки: авиамотоциклы, самолеты, их оборудование.
Космические носители: автоматические и пилотируемые космические
аппараты. Классификация автоматических космических аппаратов в
зависимости от траектории полета: искусственные спутники Земли,
аппараты для полетов к Луне, аппараты для изучения Солнечной
системы, аппараты для полетов за пределы Солнечной системы.
Классификация пилотируемых космических аппаратов: пилотируемые
космические
корабли,
пилотируемые
корабли
многоразового
использования,
пилотируемые
орбитальные
станции.
Орбиты
космических летательных аппаратов. Аэрокосмическая система
исследования природных ресурсов Земли и мониторинг состояния
окружающей среды.
Физические основы и природные условия получения
аэрокосмических снимков. Электромагнитное излучение. Естественное
излучение: солнечное излучение и его отражение объектами земной
поверхности, собственное излучение Земли. Связь между спектральной
яркостью объекта и тоном изображения на снимке. Искусственное
излучение. Влияние атмосферы на излучение. Оптимальные сроки
аэрокосмической съемки.
Методы
регистрации
электромагнитного
излучения.
Зрительная система человека. Цветное зрение. Стереоскопическое
зрение. Зрительные пороги.
Фотографическая
регистрация.
Строение
черно-белых
фотографических материалов. Понятие о механизме образования
фотографического
изображения.
Оптическая
плотность.
Фотометрические измерения. Спектральная чувствительность. Цветные
фотоматериалы. Разрешающая способность пленок.
Электрическая регистрация. Фотоэлектрические приемники.
Термоэлектрические приемники. Антенны.
Виды аэрокосмических съемок. Фотографическая съемка.
Аэрофотографические аппараты, их устройство и типы. Виды
аэрофотосъемки в зависимости от положения оптической оси
фотоаппарата и степени покрытия территории съемкой.
Нефотографические
виды
съемок.
Телевизионная
и
фототелевизионная съемки. Электронные (телевизионные) камеры.
Сканерная, инфракрасная, инфракрасная тепловая, радиотепловая,
4
радиолокационная, спектрометрическая, лазерная, геофизическая
съемки. Многозональная съемка.
Геометрические и стереоскопические свойства снимков.
Одиночный снимок. Масштабы снимков. Искажения снимков из-за
наклона оси, кривизны поверхности Земли и рельефа местности.
Трансформирование снимков.
Стереоскопическое
наблюдение
снимков:
оптическое,
анаглифическое. Зрительное восприятие яркости, цвета и пластичности
изображения. Зрительные иллюзии, их происхождение и роль в процессе
дешифрирования снимков. Стереоскопическая пара снимков и ее
элементы ориентирования. Условия получения стереоскопической
модели местности.
Измерения на снимках. Стереоизмерительные приборы:
параллактические линейки, пластины, параллаксометр, стереоскоп ДС-4,
стереометры, стереокомпараторы, универсальные приборы.
Измерения длин линий. Измерения площадей. Измерения высот
объектов по разностям параллаксов. Определение высот объектов по
параллактическим смещениям, по длинам теней. Глазомерностереоскопический способ измерения объектов.
Изобразительные
свойства
снимков.
Структура
аэрокосмического изображения, ее связь с географическими
особенностями местности и разрешениями снимков. Рисунок
аэрокосмического изображения и его виды. Закономерности
генерализации аэрокосмического изображения. Методы преобразования
аэрокосмического
изображения:
фильтрация
(оптическая,
фотохимическая,
фотографическая),
увеличение,
квантование,
синтезирование, цветокодирование; приборы для этих целей.
Информационные свойства снимков. Основные свойства
информационного поля снимков: наглядность, выразительность,
комплексность, современность и т. д. Дешифрируемость снимков, ее
оценка и связь с масштабом снимков. Информационная емкость
снимков:
сущность
информационной
оценки
результатов
дешифрирования.
Часть II.
Теоретические основы дешифрирования аэрокосмических
снимков. Содержание и сущность дешифрирования снимков. Признаки
дешифрирования: прямые (тон и цвет, форма, размер, рисунок
изображения, падающая тень), косвенные (рельеф, растительность,
5
гидрография). Дешифрирование прямое и индикационное. Ландшафтный
метод дешифрирования. Аэрокосмические индикаторы и индикаты.
Приборы для дешифрирования.
Логическая
структура
дешифрирования:
обнаружение,
опознавание (индикация) и интерпретация изображения объектов.
Технология и методы дешифрирования снимков. Материалы
аэрокосмической съемки (негативы, снимки, накидные монтажи,
фотосхемы, фотопланы и др.) и их оценка.
Методы дешифрирования аэрокосмических снимков: полевой,
камеральный и комбинированный. Аэровизуальное дешифрирование:
организация работы и дешифрирование в полете. Эталонирование
космических снимков географических объектов.
Экстраполяция дешифровочных признаков. Дешифрирование
ландшафтов-аналогов.
Геоинформационные системы (ГИС). Общая структура
интегрированных ГИС. Применение дистанционной информации в ГИС.
Компьютерная обработка снимков. Понятие о цифровом снимке.
Цифрование снимков. Яркостные и геометрические преобразования
снимков.
Методы
автоматизированного
дешифрирования
многозональных снимков. Классификация объектов по снимкам.
Неконтролируемая классификация. Контролируемая классификация.
Цифровые модели рельефа. Составление карты по цифровым снимкам.
Типы космических снимков. Снимки в видимом и ближнем
инфракрасном (световом) диапазоне — фотографические, телевизионные
и сканерные, фототелевизионные, многоэлементные, ПЗС-снимки.
Снимки в тепловом инфракрасном диапазоне. Снимки в радиодиапазоне
—
микроволновые
радиометрические
и
радиолокационные.
Многозональные снимки. Классификация космических снимков по
масштабу, обзорности, разрешению. Оценка фонда космических
снимков.
Дешифрирование пространственной и временной структуры
географических объектов. Основные понятия. Характер и взаимосвязь
пространственных структур изображения облачности, геологических
систем, форм рельефа, гидрологической сети, почвенного и
растительного покровов, видов использования земель; современных и
древних структур изображения различных таксономических уровней.
Временная структура изображения ритмических, динамических,
эволюционных изменений природной среды.
Общие
вопросы
космического
картографирования.
Использование космической съемки для топографического и
6
общегеографического
картографирования
и
обновления
карт.
Космические
фотокарты.
Тематическое
картографирование
с
использованием космических снимков. Автоматизация составления карт
по космическим снимкам.
Основные направления применения аэрокосмических методов.
Изучение географической оболочки в целом и отдельных геосфер Земли:
литосферы, атмосферы, гидросферы, биосферы; географической
зональности и высотной поясности. Анализ ландшафтных систем и их
составляющих: геологического строения, рельефа, поверхностных вод,
почвенного и растительного покрова, видов использования земель.
Применение аэрокосмических методов в исторической географии.
Важнейшие геоэкологические проблемы, изучаемые с
помощью аэрокосмических методов. Аэрокосмические методы
исследования глобальных проблем: изменения химического состава
атмосферы под влиянием деятельности человека, деградация природных
экосистем суши, в т.ч. эрозионные процессы, снижение плодородия почв
и биомассы растительности, объема и качества поверхностных вод суши,
загрязнения океана. Региональные геоэкологические и аэрокосмические
исследования мелиорированных территорий и оценка состояния
природной среды в них. Применение дистанционного зондирования для
нужд охраны природы и рационального природопользования.
Аэрокосмический мониторинг природной среды. Определение,
цели, задачи общая структура, классификация. Глобальный,
региональный, локальный уровни мониторинга. Исследовательские,
диагностические, дозорные, контрольные, прогнозные, управленческие
функции мониторинга. Картографический мониторинг. Мониторинг
атмосферы, океана, поверхностных вод суши, наземных экосистем,
ландшафтов, хозяйственного использования территории.
7
Рекомендуемая литература
Основная
1. Книжников Ю. Ф., Кравцова В. И., Тутубалина О. В.
Аэрокосмические методы географических исследований. М., 2004.
2. Кравцова В. И. Космические методы исследования почв. М., 2005.
3. Кравцова В. И. Космические методы картографирования. М., 1995.
4. Лобутина И. А. Дешифрирование аэрокосмических снимков. М.,
2004.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Дополнительная
Дистанционное зондирование и географические информационные
системы. М., 2003.
Горбук С. В., Гершензон В. Е. Космические системы
дистанционного зондирования Земли. М., 1997.
Киенко Ю. П. Введение в космическое природоведение и
картографирование. М., 1994.
Космические методы геоэкологии. М., 1998.
Обуховский Ю. М., Губин В. Н., Марцинкевич Г. И.
Аэрокосмические исследования ландшафтов Беларуси. Мн., 1994.
Савиных В.П., Малинников В.А. и др. География из космоса. М.,
1995.
8