Transcript Posudin_Environmental monitoring_20

Ю. Посудін. Моніторинг довкілля з основами метрології
Лекція 20
ДИСТАНЦІЙНИЙ МОНІТОРИНГ НАВКОЛИШНЬОГО
СЕРЕДОВИЩА
Yuriy Posudin
Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology
Lecture 20
REMOTE SENSING
Визначення
• Збирання, запис і
аналіз інформації
щодо об’єктів
навколишнього
середовища на
відстані називається
дистанційним
зондуванням.
Основні компоненти
дистанційного зондування
• Основні компоненти
дистанційного
зондування –
джерело енергії,
випромінювання,
середовище, об’єкт,
сенсор, система
обробки та аналізу
інформації.
Класифікація методів
дистанційного зондування
• Дистанцiйнi методи подiляються на два
основнi типи: пасивнi і активнi.
Пасивні методи ДЗ
• Пасивнi методи
основанi на
вимiрюваннi
природного
теплового або
вiдбитого сонячного
випромiнювання.
Пасивні методи ДЗ
Пасивнi методи характеризуються
певними обмеженнями: залежнiстю
iнформацiї,
яка реєструеться вiд
спектральних
характеристик
та
положення Сонця, метеорологiчних і
клiматичних умов, оптичних параметрiв
атмосфери та ґрунту.
Активні методи ДЗ
• Активнi методи
передбачають
використання штучних
джерел випромiнювання
(в першу чергу, лазерiв)
та реєстрацiю вiдбитого
випромiнювання або
флуоресценцiї об’єктiв,
що дослiджуються.
Активні методи ДЗ
Активні методи характеризуються
бiльшою чутливiстю та просторовим
роздiленням.
Недолiком
активних
методiв є висока вартiсть.
КЛАСИФІКАЦІЯ МЕТОДІВ
ДИСТАНЦІЙНОГО ЗОНДУВАННЯ
ЗА СПЕКТРАЛЬНИМИ ДІАПАЗОНАМИ
Wavelength Bands
РЕЄСТРАЦІЯ ГАММАВИПРОМІНЮВАННЯ
• Гамма-випромінювання Сонця майже
повністю поглинається верхньою
атмосферою.
• Основним
джерелом
гаммавипромінювання є природний фон
завдяки радіоактивним речовинам в
ґрунті та мінеральних середовищах.
РЕЄСТРАЦІЯ ГАММАВИПРОМІНЮВАННЯ
• Метод базується на вимірюванні природного
короткохвильового (  210-10 м) випромінювання присутніх в земній корі або
в сніжному покриві радіоактивних елементів
– природних радіоізотопів 40К, 238U, 208Тh.
• В звичайному ґрунті 90% -випромінювання
утворюється в 30-45 сантиметровому
поверхневому шарі.
Airborne gamma spectrometry
• The abundance of K, Th and U in near-surface
materials are measured by detecting the
gamma-rays produced during the natural
radioactive decay of isotopes of these elements.
• Four measured variables:
– potassium, K (%)
– equivalent uranium, eU (ppm)
– equivalent thorium, eTh (ppm)
– Total Air Absorbed Dose Rate (nGy/h)
Airborne gamma spectrometry
• To capture enough signal, • The flight line spacing
includes 200-500 m,
an aircraft must fly at low
1000 m, 5000 m and
altitude generally at a
some at 25000 m.
maximum of only 120
Typically aircraft fly at a
metres. Significant
speed of ~120 knots (190
overlap between sample
km/h). Most data were
points along a profile
acquired by sampling
occurs due to the large
(counting) at 1 second
intervals (some of the
oldest data were sampled
every
2.5
seconds),
which is equivalent to
about 60 m on the
ground.
Реєстрація
гамма-випромінювання
Результати гамма-спектрометрії
Результати гамма-спектрометрії
Гамма-спектр
Поширення -випромінювання
На інтенсивність -випромінювання,
яке проходить через атмосферу на
систему реєстрації, впливає вологість
ґрунту. Збільшення вологості впливає на
послаблення цього випромінювання.
ФОТОГРАФІЧНІ СИСТЕМИ
• В основі техніки повітряної фотографії лежить
створення зображень земної поверхні з авіаносіїв та
супутників на фотоплівці.
• Звичайно використовують чорно-білі панхроматичні,
чорно-білі інфрачервоні, кольорові та кольорові
інфрачервоні плівки. Фотографічні системи здатні
створювати зображення об’єктів навколишнього
середовища з високим рівнем розділення.
• Фотографічні системи, що встановлюються на
літаках, спроможні забезпечити знімки з висоти
близько 20 км; розміри площі, яка фотографується,
можуть досягати 3050 км2.
ФОТОГРАФІЧНІ СИСТЕМИ
Відеографічні системи
Відеографічні системи
Фотографічні та відеографічні
системи
ВІДЕОГРАФІЧНІ СИСТЕМИ
• Застосування відеокамер дає можливість
створювати та записувати зображення у
видимій, близькій та середній інфрачервоній
областях спектра.
• Перевагою відеосистем є невисока вартість,
створення та накопичення послідовних
зображень будь-якого процесу.
• До недоліків цієї техніки можна віднести
невисоке просторове розділення.
БАГАТОСПЕКТРАЛЬНІ
СКАНЕРИ
Принцип дії цих систем полягає в
реєстрації спектрального відбивання
об’єктами навколишнього середовища
на певних спектральних ділянках
видимого та інфрачервоного спектру
(0,3-14 мкм ).
Багатоспектральний сканер
БАГАТОСПЕКТРАЛЬНІ
СКАНЕРИ
• Прилади багатоспектрального сканування, що
встановлюються на супутниках, дозволяють
отримати інформацію з роздільною здатністю
близько 10 м, скануючи при цьому території
розмірами 60-185 км.
• Перевагою багатоспектральних сканерів є
здатність використовувати вузькі спектральні
ділянки і отримувати інформацію у цифровому
форматі.
Поширення випромінювання видимої та
близької інфрачервоної області спектра
• У видимому діапазоні основний вклад в
ослаблення
оптичного
випромінювання
вносять молекули і аерозолі атмосфери.
• Особливо багатими на лінії поглинання є
асиметричні молекули, такі як H2O,O3.
Молекули лінійні за своєю структурою (CO2,
N2O, NO, CO, O2,N2) мають меншу кількість
ліній на спектральний інтервал, хоча спектри
цих молекул можуть бути складними
АЕРОЗОЛІ
• При відсутності опадів атмосфера містить
дисперговані
тверді та рідкі частинки
(льоду, пилу, ароматичних та органічних
речовин, біологічних матеріалів), що мають
розміри від декількох молекул до 40 мкм.
• Такі колоїдні системи, в яких газ (в даному
випадку – повітря) містить дисперговані
частинки, називаються аерозолями.
Ослаблення оптичного
випромінювання
Під час проходження через
атмосферу оптичне випромінювання
зазнає ослаблення, яке визначається
за законом Бера:
=

z
е
Коефіцієнт ослаблення
Величина коефіцієнта ослаблення 
залежить
від
процесів
поглинання
молекул kПМ, розсіювання молекул kРM,
поглинання аерозолів kПА, та розсіювання
аерозолів kРА, що присутні в атмосфері:
 = kПМ + kРM + kПA + kРA
Розсіювання світла
Релей
d < 0,05 
Дебай
0,05  d 

Мі
d >λ
Вікна прозорості атмосфери
В інфрачервоній області спектра проходження
електромагнітного випромінювання обмежене
вікнами прозорості атмосфери
( 1,1 мкм; 1,2 мкм  1,3 мкм;
1,5 мкм  1,7 мкм; 2,0 мкм 2,3мкм).
Пропускання атмосфери
He:Ne
CO2
ЛАЗЕРНІ СИСТЕМИ
• Дистанційне зондування
на основі лазерів
полягає в
опромінюванні об’єктів
навколишнього
середовища та
реєстрації відбитого від
об’єкта або розсіяного
від нього лазерного
випромінювання.
ЛІДАР LIDAR
• Прилад для
дистанційного
зондування
компонентів
біосфери
називається
ЛІДАРом (від
англійської фрази
LIght Detection And
Ranging ).
The Backscatter Lidar
The measurement principle of
the Backscatter Lidar systems is
based on elastic scattering processes
by suspended aerosols (dust, water
droplets, ice crystals, black carbon)
and molecules of the atmosphere.
Лідар на основі реєстрації
зворотного випромінювання
• The backscattered radiation detected by a
lidar is described by the lidar equation.
• In general terms, the received power is
expressed as a function of range R.
• For a simple backscatter lidar (measuring
backscattered
light
at
the
same
wavelength as the laser wavelength), the
lidar equation is written as:
Рівняння лідара
Зворотне розсіювання описується таким
рівнянням:


c
2
Pr ( R )  P0 (
)k P S r R exp 2  k A ( r )dr
2
 0

R
The Backscatter Lidar
Коаксиальна система лідара
Біаксиальна система лідара
The Backscatter Lidar
Sahara dust layer monitored using
LB Lidar system
Лідар на основі реєстрації
диференційного поглинання
• В основу роботи диференційного лідара
покладено принцип опромінювання об’єкта,
що контролюється світлом із різними
довжинами хвиль.
• Випромінювання з однією (0) довжиною
хвилі, яка співпадає з лінією поглинання
об’єкта (газу чи забруднення) поглинається
об’єктом, тоді як випромінювання з другою
() довжиною хвилі, яка далека від лінії
поглинання, набуває пружне розсіювання.
Лідар на основі реєстрації
диференційного поглинання
• Критерієм оцінки
забруднення
атмосфери є
відношення
сигналів, які
реєструються на
обох довжинах
хвиль
Лідар на основі реєстрації
диференційного поглинання
• Лідар такого типу отримав в
англомовній літературі назву DIAL
• (DІfferential Absorption Lidar) або DAS
(Differential Absorption Аnd Scattering).
Лідар на основі реєстрації
диференційного поглинання
Допплерівський лідар
• Допплерівський зсув f
частоти світла
визначають за виразом:
• f = (2V/λ)sin(θ/2)cosφ
Лідар на основі реєстрації
флуоресценції
• Багато компонентів
атмосфери
демонструють здатність
флуоресціювати.
Методи
флуоресцентного
лазерного зондування
дуже чутливі через малі
тиски атмосфери, при
яких відсутні зіткнення
молекул, що гасять
флуоресценцію
Fluorescence LIDAR Technique
for Cultural Heritage
• Valentina Raimondi,
Giovanna Cecchi,
David Longnoli,
Lorenzo Palombi,
Gaia Ballerini
• Institute for Applied
Physics ‘Nello
Carrara’, CNR,
Firenze, Italy
Fluorescence LIDAR Technique
for Cultural Heritage
Лідар на основі реєстрації
флуоресценції
Лідар на основі реєстрації
комбінаційного розсіювання
• Якщо розсіювання
світла речовиною
супроводжується
помітною зміною
частоти світла, що
розсіюється, то його
називають
комбінаційним (або
раманівським).
RAMAN SPECTROSCOPY
• Most photons are elastically scattered, a process
which is called Rayleigh scattering.
• In Rayleigh scattering, the emitted photon has
the same wavelength as the absorbing photon.
• Raman Spectroscopy is based on the Raman
effect, which is the inelastic scattering of
photons by molecules.
• In Raman scattering, the energies of the incident
and scattered photons are different.
RAMAN SPECTROSCOPY
RAMAN SPECTROSCOPY
Лідар на основі реєстрації
комбінаційного розсіювання
Лідар на основі реєстрації
комбінаційного розсіювання
Лідар на основі реєстрації
комбінаційного розсіювання
Лідар на основі реєстрації
комбінаційного розсіювання
Спектри комбінаційного
розсіювання
Сучасні методи дистанційного
зондування
• Сучасні методи
дистанційного
зондування
передбачають
використання
рiзноманiтної
апаратури – вiд
переносних приладiв
та платформ до
авiаносiїв і
супутникiв.
Переносні системи
Лідар
Сучасні методи дистанційного
зондування
Дистанційне зондування
СУПУТНИКИ
Застосування супутників
Застосування супутників
Landsat 7
Landsat 7 was designed to last for five years, and
has the capacity to collect and transmit up to 532
images per day. With an altitude of 705 kilometres
+/- 5 kilometres, it takes 232 orbits, or 16 days, to
do so. The satellite weighs 1973 kg, is 4.04 m long,
and 2.74 m in diameter.
Satellite Orbits
Geostationary orbit
Near-polar orbit
Космічний апарат Океан-О
Україна
Космічна програма України
Вивчення вітчизняними
фахівцями поверхні планети
здійснювалося шляхом
дистанційного зондування Землі
за допомогою космічного
апарата (КА) "Січ-1", котрий був
виведений на орбіту за
допомогою ракети-носія (РН)
"Циклон-3", запущеного у серпні
1995 р., та природоресурсного
супутника "Океан-О",
запущеного у липні 1999 р.
Супутник “Океан-О”
• "Океан-О"призначений
для оперативного
одержання інформації
про Землю в оптичному,
інфрачервоному і
мікрохвильовому
діапазонах спектра.
Оперативність роботи
КА "Океан-О" полягала
у тому, щоб отримувати
знімки заданої території
України за один виток
навколо Землі, який
супутник робить всього
за 90 хв.
Вимірювальна апаратура
Євпаторійський Центр далекого
космічного зв'язку
Супутник “Січ-1”
• Космі́чний аппара́т
«Січ-1» — український
штучний супутник
призначений для
спостереження поверхні
Землі в інтересах
господарської
діяльності та
проведення наукових
експериментів з
дослідження іоносфери
та магнітосфери.
Ракета-носій «Циклон-3»
• Ракета-носій «Циклон3» розроблена
Державним
конструкторським бюро
«Південне» ім.
М. К. Янгеля для
запусків космічних
апаратів загальною
масою від 550 до 4000
кг. на кругові та
еліптичні орбіти.
ДИСТАНЦІЙНЕ ЗОНДУВАННЯ
НА ОСНОВІ РЕЄСТРАЦІЇ
ТЕПЛОВОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ
• Всі матеріали здатні висилати
інфрачервоне випромінювання,
яке обумовлено молекулярними
коливаннями.
• Це
теплове
інфрачервоне
випромінювання реєструється
за допомогою техніки, схожої на
багатоспектральне сканування,
але в діапазоні 8-14 мкм.
Теплові сенсори
• Теплові сенсори, які встановлюються на
авіаносіях, що зондують об’єкти на
невеликих висотах, забезпечують високу
роздільну здатність (близько метра);
• тоді як на супутниках теплові сенсори
розділяють простори розмірами 700-900 м.
• Сучасні прилади теплового зондування
спроможні реєструвати різницю температур
близько 0,4 К.
Теплові сенсори
До недоліків слід віднести вплив
метеорологічних умов на результати
вимірювань; зондуванню ґрунту підлягає
лише шар товщиною 2-4 см.
APPLICATION OF THERMAL
INFRARED REMOTE SENSING
• Landscape Characterization
• Evaporation/Evapotranspiration/Soil
Moisture
• Energy Balance/Energy Flux
• Forest Energy Balance
Advanced Very High Resolution
Radiometer
Теплові сенсори
Спостереження за пожежами
Пожежі
РАДІОЛОКАЦІЯ
Надвисокочастотні ( НВЧ )
локатори
Цей тип техніки дистанційного
зондування передбачає використання
електромагнітних хвиль в області від
0,1 см до 2 м ( що відповідає частотам
від 100 Мгц до 50000 Мгц ).
RADIOLOCATION
• Radiolocating is the process of finding the
location of something through the use of radio
waves
• Radar is an object detection system that uses
electromagnetic waves to identify the range,
altitude, direction, or speed of both moving and
fixed objects such as aircraft, ships, motor
vehicles, weather formations, and terrain. The term
RADAR was coined in 1940 by the U.S. Navy as
an acronym for RAdio Detection And Ranging.
Principles of Radiolocation
Adapted from Lillesand and Kiefer
(1987).
Принцип радіолокації
Radar equation
• Pr = (PtGtAτσF4)/(16π4R4)
•
•
•
•
where
Pt = transmitter power
Gt = gain of the transmitting antenna
Ar = effective aperture (area) of the receiving
antenna
• σ = radar cross section, or scattering coefficient,
of the target
• F = pattern propagation factor
• R = distance from the transmitter to the target
РАДІОЛОКАЦІЯ
Принцип дії дистанційного зондування
земної поверхні за допомогою локаторів
полягає у вимірюванні діелектричних
властивостей цієї поверхні, які суттєво
залежать від вмісту вологи і температури
ґрунту, нерівності земної поверхні, рівня
сніжного покриву, типу рослинних покривів і
впливають на відбивальні і випромінювальні
параметри, що вимірюються.
Synthetic-aperture radar
• Synthetic-aperture radar (SAR)
is a form of radar in which multiple
radar images are processed to
yield higher-resolution images
than would be possible by
conventional means.
Локатор із синтетичною
апертурою (ЛСА)
The surface of Venus, as imaged
by the Magellan using SAR
Локатор з синтетичною
апертурою (ЛСА)
• Принцип дії такого локатора пояснюється на рисунку, де
наведено взаємне положення літака з локатором та об’єкта
спостереження.
• В точці 1 об’єкт знаходиться поза діаграми опромінювання
локатора;
• в точках 2 і 3 об’єкт попадає в цю область;
• в точці 4 він знов зникає з зони спостереження локатора.
• Тобто, об’єкт з’являється в системі реєстрації локатора лише
протягом певного проміжку часу; під час цього проміжку
відбитий сигнал заноситься в пам’ять бортового комп’ютера.
• Всі таким чином записані сигнали дають можливість
реконструювати повну картину всіх об’єктів, що опромінювалися
локатором з достатньо вузькою апертурою (звідси термін
«синтетична апертура»).
Переваги та недоліки
радіолокації
• До переваг локаційних
приладів можна
віднести високу
роздільну здатність,
• до недоліків – вплив
рослинного покриву та
нерівності ґрунту на
сигнал, що
реєструється.
Short-wavelength and
long-wavelength bands
Short-wavelength
Long-wavelengths
(i.e. 3 cm for X-band)
(i.e. 74 cm for P-band)
ЗАСТОСУВАННЯ МЕТОДІВ
ДИСТАНЦІЙНОГО
ЗОНДУВАННЯ
Визначення висоти хмар
Якщо лазерний
імпульс відбивається
від хмари, то відстань
до неї оцінюється як
R = сΔt/2
де t – проміжок часу
між висиланням і
детектуванням
імпульсу; с – швидкість
світла
• В сонячний день
можливо визначити
висоту хмар на рівні
30-3000 м з точністю
±6 м.
Дослідження структури і
властивостей хмар
Вимірювання параметрів вітру
В основі методу
лежить реєстрація
допплерівських
частотних зсувів, які
залежать від швидкості
руху повітряних
частинок:
 = 2V/,
де V - швидкість руху
повітряних частинок,
 - довжина хвилі
лазерного
випромінювання.
Наприклад, частотний
зсув випромінювання
СО2–лазера
( = 10,6 мкм) для
частинок, що рухаються
зі швидкістю 1 м/с,
становить 200 кГц.
Оцінка опадів
Лазерне випромінювання здатне
дифрагувати
на
частинках
опадів;
характер дифракційної картини залежить
від розмірів і густини частинок
Вимірювання температури
• Форма спектру
комбінаційного
розсіювання азоту, що
присутній в атмосфері,
залежить від
температури, яку можна
оцінити шляхом
вимірювання
інтенсивності
комбінаційного
розсіювання на двох
довжинах хвиль
Combined Raman lidar for the measurement of
atmospheric temperature, water vapor, particle extinction
coefficient, and particle backscatter coefficient
Andreas Behrendt, Takuji Nakamura, Michitaka Onishi,
Rudolf Baumgart, and Toshitaka Tsuda
Appl.Optics, 41:36/20, 7657-7666
ДИСТАНЦІЙНИЙ МОНІТОРИНГ
ҐРУНТІВ
Коефіцієнт відбивання визначається за
формулою:
R = I/I0,
де І – інтенсивність оптичного
випромінювання, що відбилося від даної
поверхні в даному напрямку;
І0 – інтенсивність оптичного
випромінювання, що падає на цю
поверхню.
ДИСТАНЦІЙНИЙ МОНІТОРИНГ
ҐРУНТІВ
В техніці дистанційного зондування
спектральне відбивання виражається за
допомогою таких термінів як
коефіцієнт яскравості (відбивання)
та коефіцієнт відбивання (альбедо).
ДИСТАНЦІЙНИЙ МОНІТОРИНГ
ҐРУНТІВ
• Природні поверхні є
ортотропні, тобто
випромінювання
розсіюється однаково у
всіх напрямках. Через
це відбивання r
залежить від геометрії
спостереження, зокрема
від кутів падіння і і
відбивання r оптичного
випромінювання і
азимута 
Нерівність ґрунтової поверхні
Нерівність ґрунтової поверхні
Критерій Релея
h 

8 cosi
В цьому випадку
поверхня
вважається
достатньо рівною,
щоб відбивання
було дзеркальним.
Вплив хімічних властивостей
ґрунту на його відбивання
На відбивання ґрунту
суттєво впливають
вміст гумусу, оксидів
заліза і різноманітних
світлозабарвлених
субстанцій (сполук
кремнію і алюмінію,
карбонатів кальцію
тощо).
Вплив гумусу на відбивання
ґрунту
• Гумус характеризується низьким відбиванням і при великих
концентраціях відповідає за сіро-чорний колір ґрунту.
Відбивання гумусу монотонно зростає від 400нм до 750нм
Спектральні індекси
Для кількісної оцінки впливу гумусу
використовують як спектральні індекси
величини
r(730)
або
[r(730)-r(430)]/r(730).
Можливо також застосування величин
r(520-1320), r(1420-1480), r(1550-1750),
r(2080-2320).
Оксиди заліза
В цілому, закис заліза надає
ґрунту голубувато-зеленого
кольору (як це
спостерегається у
болотистих ґрунтах).
Рівень гідратації оксидів
заліза впливає на характер
спектрального відбивання
ґрунту: високогідратовані
сполуки заліза надають
ґрунту жовтий колір, а
низькогідратовані – сірокоричневий або
червонуватий кольори.
Величини r(530-600), r(700900), r (1000), r(650)-r(400)
можна використовувати як
спектральні індекси для
оцінки сполук заліза на
відбивання ґрунту.
Вплив заліза на відбивання ґрунту
Формування дюн
Пилові бурі
Відходи та смітники
Вплив фізичних властивостей
ґрунту на його відбивання
• Вплив ґрунтових частинок, розмір яких
перевищує 2 мм, на відбивання ґрунту
незначний.
• Можна стверджувати, що для частинок,
розміри яких становлять 2-10 мм, коефіцієнт
відбивання майже сталий.
• Дрібні ж частинки суттєво впливають на
відбивання ґрунту, причому відбивання
ґрунту зменшується із збільшенням розмірів
частинок.
Вологість ґрунту
• В цілому, збільшення
вмісту води в ґрунті
може зменшувати
відбивання ґрунту в
2-3 рази без зміни
форми кривої спектра
відбивання. Величини
r(1400-1500), r(18001900), r(2080-2300)
можуть бути
використані як
спектральні індекси.
Дистанційне зондування ґрунту
• Техніка дистанційного зондування ґрунту дає
можливість здійснювати
• топографічні вимірювання (розташування і
розміри ділянок ґрунту у певному масштабі),
• визначати розміри ґрунтових частинок,
• структури і нерівності поверхні ґрунту,
• ідентифікувати склад мінеральних частинок,
• оцінювати вологість ґрунту,
• висоту і густину рослинних утворень тощо.
ДИСТАНЦІЙНЕ ЗОНДУВАННЯ
ВОДНИХ СЕРЕДОВИЩ
Спектри поглинання і
розсіювання води
•
•
•
В реальній ситуації водні
маси поглинають майже все
оптичне випромінювання в
ближній і середній
інфрачервоній області
спектра.
Через це відбивання водою
оптичного випромінювання
незначне, особливо
порівняно з відбиванням
рослинних покривів і ґрунту.
Така різниця у відбивальних
характеристиках допомагає
реалізувати дистанційну
ідентифікацію і
картографування водойм, які
демонструють контрастні
контури.
Відбивальні характеристики
водних середовищ
Спектр відбивання
води залежить від
каламутності води, що
викликана наявністю
суспендованих частинок.
Можна стверджувати,
що в області 600-700 нм
відбивання води
знаходиться в лінійній
залежності від рівня
каламутності.
1 – 99 мг/л; 2 – 10 мг/л
суспендованих частинок
Вплив хлорофілу
на відбивання води
• В значній мірі на
спектральні
характеристики води
впливає присутній в
ній хлорофіл,
збільшення
концентрації якого
призводить до
зменшення рівня
відбивання
1-дуже низька; 2 – низька;
3 – висока концентрація
хлорофілу
Флуоресцентні характеристики
водних середовищ
Аналіз спектрів
випромінювання
флуоресценції дозволяє
реалізувати якісну і
кількісну ідентифікацію
водної мікрофлори,
визначати видову
специфічність
водоростей і
картографувати їх
поширення
Застосування дистанційного
зондування водних середовищ
• З точки зору дистанційного зондування забруднення
водних середовищ перспективним є метод оцінки
товщини нафтової плівки на поверхні води і розмірів
нафтових частинок, а також ідентифікація типів
нафти.
• Техніка дистанційного флуоресцентного зондування
може бути використана для контролю якості води,
визначення і оцінки стоків.
• За допомогою техніки дистанційного зондування на
основі
реєстрації
комбінаційного
розсіювання
можливо
вимірювання
температури
поверхні
водойми.
Спостереження за повенями
Дистанційне зондування
водних середовищ
Аральске море
Евтрофікація
Засоленість річки Колорадо
Вміст 137Cs в донних відкладеннях
Київського водосховища
Супутникова карта
снігового покриву
Вплив глини
на відбивання водоростей
Дистанційний моніторинг
земної поверхні
ДИСТАНЦІЙНЕ ЗОНДУВАННЯ
ЗЕМНОЇ ПОВЕРХНІ
ЗА ДОПОМОГОЮ СУПУТНИКІВ
Landsat 7 Band Number Applications
• 1- coastal water mapping,
soil/vegetation discrimination, forest
classification
2 - vegetation discrimination and
health monitoring, 3 - plant species
identification, man-made feature
identification
• 4 - soil moisture monitoring,
vegetation monitoring, water body
discrimination
• 5 - vegetation moisture content
monitoring
• 6 - surface temperature, vegetation
stress monitoring, soil moisture
monitoring, cloud differentiation,
volcanic monitoring
• 7 - mineral and rock discrimination,
vegetation moisture content
ДИСТАНЦІЙНЕ ЗОНДУВАННЯ ЗЕМНОЇ ПОВЕРХНІ
ЗА ДОПОМОГОЮ СУПУТНИКІВ
• Ділянка MSS4: 500-600
нм, зелена область.
• Пов’язана з
поглинанням хлорофілу
і відповідає за
відбивання здорових
рослин. Крім того, її
доцільно
використовувати для
картографування
водойм.
• Ділянка MSS5: 600-700
нм, червона область.
Цю смугу, де
відбувається
поглинання хлорофілу в
здорових зелених
рослинах, варто
використовувати для
розпізнавання рослин,
визначення границь і
контурів ґрунтових
поверхонь і геологічних
утворень.
ДИСТАНЦІЙНЕ ЗОНДУВАННЯ ЗЕМНОЇ ПОВЕРХНІ
ЗА ДОПОМОГОЮ СУПУТНИКІВ
• Ділянка MSS6: 70-800
нм, відбивальна
інфрачервона область.
Використовується для
оцінки вегетаційної
біомаси, ідентифікації
урожаю і
обкреслювання границь
розподілу рослинних,
ґрунтових і водних
площ.
• Ділянка MSS7: 800-1100
нм, відбивальна
інфрачервона область.
Вживається для огляду
рослинних покривів і
оцінки проникності
туманів.
ДИСТАНЦІЙНЕ ЗОНДУВАННЯ ЗЕМНОЇ ПОВЕРХНІ
ЗА ДОПОМОГОЮ СУПУТНИКІВ
• Ділянка ТМ1: 450-520
нм, блакитна область.
Використовується для
картографування
прибережних площ,
розпізнавання границь
розподілу між ґрунтом і
рослинністю,
детектування
культурних посівів.
• Ділянка ТМ2: 520-600
нм, зелена область.
Відповідає відбиванню
здорових рослин, може
використовуватися
також для ідентифікації
культурних посівів.
ДИСТАНЦІЙНЕ ЗОНДУВАННЯ ЗЕМНОЇ ПОВЕРХНІ
ЗА ДОПОМОГОЮ СУПУТНИКІВ
• Ділянка ТМ3: 630-690
нм, червона область.
Вживається для
визначення ґрунтових і
геологічних границь, а
також площ культурних
посівів.
• Ділянка ТМ4: 760-900
нм, відбивальна
інфрачервона область.
Використовується для
визначення вегетаційної
біомаси, ідентифікації
урожаю і обкреслення
границь розподілу
ґрунтових, рослинних і
водних масивів.
ДИСТАНЦІЙНЕ ЗОНДУВАННЯ ЗЕМНОЇ ПОВЕРХНІ
ЗА ДОПОМОГОЮ СУПУТНИКІВ
• Ділянка ТМ5: 1,55-1,74
мкм, середня
інфрачервона область.
Корисна для вивчення
впливу посух на урожай
і аналізу стану
рослинних покривів.
Крім того, може бути
використана для
розпізнавання хмар,
снігу, льоду.
• Ділянка ТМ6: 10.4012.50 мкм, теплова
інфрачервона область.
Вживається для оцінки
впливу стресів на
рослинні покриви і
урожай, зокрема
теплових факторів та
інсектицидів. Може бути
застосована для
визначення місцевої
геотермальної
активності.
ДИСТАНЦІЙНЕ ЗОНДУВАННЯ ЗЕМНОЇ ПОВЕРХНІ
ЗА ДОПОМОГОЮ СУПУТНИКІВ
• Ділянка ТМ7: 2,08-2,35
мкм, середня
інфрачервона область.
Ця смуга важлива для
розпізнавання
геологічних утворень і
визначення ґрунтових
границь, а також для
кількісної оцінки в ґрунті
і рослинах.
Стереоскопічний ефект
Стереоскопічний ефект
Дистанційне спостереження
за блискавкою
Спостереження за ураганами
Weather Observation
Дистанційний контроль
за повенями
Спостереження
за земною поверхнею
Світловий шум
Дистанційний моніторинг
рослинності
Вегетаційний індекс
NDVI
Вплив посухи на рослинність
Супутникова карта України
Супутникова карта
Київської області
The benefits of using
remote sensing techniques
• Remote sensing tools allow us to investigate larger portions of the
Earth than previously possible. In fact, much of the environmental
research over the past two decades has focused on investigating
the entire planet as a single system.
• Remote sensing of our environment also allows research to occur
on time scales, both in duration and frequency, that were previously
impossible. Research can now continue over weeks, months, years,
and decades, giving us a better understanding of the cycles that
occur naturally in our environment.
• Another benefit of remote sensing is that it often allows the
investigation of portions of the Earth that are difficult or dangerous to
reach. Satellite and aircraft sensors can help us investigate the
Earth's polar regions, upper atmosphere, forest fire and volcanic
activity, remote oceans, and desert landscapes without having to
send people into these dangerous locations.
Історія дистанційного зондування
«Єжелі когда человєк
подиметься разумом
вгору
вище од лаврської
колокольні да глянет
оттудова
на людей, то вони йому
здаються-кажуться
такі
маненькі, как пацюки,
пардон, криси!»
М. Старицький,
«За двома зайцями»