Основы дистанционного зондирования Земли

Бакалавриат 2022/2023

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: 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, Курамагомедов Башир Магомедович, Медведев Андрей Александрович, Тельнова Наталья Олеговна, Трошко Ксения Анатольевна

Язык: русский

Кредиты: 6

Контактные часы: 96

Дополнительные материалы в LMS Задать вопрос

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 Земли и практических навыков сбора, цифровой обработки и тематической интерпретации аэрокосмических снимков для различных задач географических исследований и мониторинга глобальных изменений. В курсе последовательно рассматриваются такие темы как: технологии получения данных и физические основы дистанционного зондирования Земли; геометрия космического полета и планирование спутниковых съемок; свойства снимков разного типа, в т.ч. оптических и радиолокационных, и особенности цифровой обработки таких изображений; основы визуального и автоматизированного тематического дешифрирования данных дистанционного зондирования в географических исследованиях. В рамках семинарских занятий и самостоятельной работы студенты последовательно выполняют целостный перечень работ компьютерного практикума с использованием различного специализированного и геоинформационного ПО: от планирования съемок конкретной территории до цифровой тематической обработки временных серий изображений и их классификации с использованием ансамблевых и нейросетевых алгоритмов машинного обучения. Практическая подготовка также реализуется в формате групповых и индивидуальных проектных работ по использованию технологий и данных 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, при подготовке проектных и квалификационных работ в части самостоятельного подбора, обработки и анализа 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 и источники получения данных дистанционного зондирования
Физические основы дистанционного зондирования Земли
Аэрокосмические снимки как пространственные данные
Цифровая обработка изображений в оптическом диапазоне для улучшения их изобразительных и дешифровочных свойств
Геометрические свойства аэрокосмических снимков
Особенности предварительной обработки и тематической интерпретации радиолокационных изображений
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. Визуальное дешифрирование
Технология и методика автоматизированного дешифрирования

Элементы контроля

Практическая работа 1 "История дистанционного зондирования"
Практическая работа 2 "Орбитальные характеристики ресурсных и метеорологических спутников"
Изучение орбитальных характеристик ресурсных и метеорологических спутников Земли при помощи программы Orbitron
Практическая работа 3 "Спектральные образы природных и антропогенных объектов"
Практическая работа 4 "Свойства и способы визуализации мультиспектральных снимков"
Экзамен
Практическая работа 5 "Радиометрическая калибровка и атмосферная коррекция снимков"
Практическая работа 6 "Индексные преобразования"
Практическая работа 7 "Геометрическая коррекция изображений"
Практическая работа 8 "Радиолокационные изображения"
Получение, предварительная обработка и интерпретация радиолокационных изображений
Практическая работа 9 "Стереофотограмметрическая обработка изображений"
Выполнение наземной фотограмметрической съемки одиночного объекта и стереофотограмметрическая обработка полученных данных.
Практическая работа 10 "Формирование полетного задания для БПЛА"
Формирование полетного задания для БПЛА мультироторного типа с различными параметрами съемки выбранного объекта или участка территории
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.
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.
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
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 4 "Визуальный анализ и автоматизированное выявление изменений"
Визуальный анализ и автоматизированное выявление изменений земельного покрова/землепользования по серии разновременных мультиспектральных снимков

Промежуточная аттестация

2022/2023 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
2022/2023 учебный год 3 модуль
0.15 * Домашнее задание ""Фонды аэрокосмических снимков" + 0.05 * Коллоквиум "Современные фонды аэрокосмических снимков" + 0.05 * 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
2022/2023 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
Тельнова Наталья Олеговна
Медведев Андрей Александрович
Трошко Ксения Анатольевна

Программа дисциплины