МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Алтайский государственный университет»

Данные дистанционного зондирования в географических исследованиях
рабочая программа дисциплины

Закреплена за кафедройКафедра физической географии и геоинформационных систем
Направление подготовки05.04.02. География
ПрофильГеоинформационные технологии в изучении и управлении природными и техногенными системами
Форма обученияОчная
Общая трудоемкость2 ЗЕТ
Учебный план05_04_02_ГиТ-2-2020
Часов по учебному плану 72
в том числе:
аудиторные занятия 36
самостоятельная работа 9
контроль 27
Виды контроля по семестрам
экзамены: 1

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр) 1 (1) Итого
Недель 15
Вид занятий УПРПДУПРПД
Лекции 6 6 6 6
Практические 30 30 30 30
Сам. работа 9 9 9 9
Часы на контроль 27 27 27 27
Итого 72 72 72 72

Программу составил(и):
к.г.н., доцент, Останин О.В.

Рецензент(ы):
к.г.н. , доцент, Козырева Ю.В.

Рабочая программа дисциплины
Данные дистанционного зондирования в географических исследованиях

разработана в соответствии с ФГОС:
Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования по направлению подготовки 05.04.02 ГЕОГРАФИЯ (уровень магистратуры) (приказ Минобрнауки России от 28.08.2015г. №908)

составлена на основании учебного плана:
05.04.02 География
утвержденного учёным советом вуза от 30.06.2020 протокол № 6.

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры
Кафедра физической географии и геоинформационных систем

Протокол от 28.08.2020 г. № 1
Срок действия программы: 2019-2021 уч. г.

Заведующий кафедрой
к.г.н., доцент Останин О.В.

Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году

Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2020-2021 учебном году на заседании кафедры

Кафедра физической географии и геоинформационных систем

Протокол от 28.08.2020 г. № 1
Заведующий кафедрой к.г.н., доцент Останин О.В.

1. Цели освоения дисциплины

1.1.Целью дисциплины является формирование у магистров современных представлений о средствах и методах цифровой обработки данных дистанционного зондирования (ДДЗ).
Рассматриваются основные типы систем получения изображений земной поверхности, классификация снимков по типам разрешения, способы улучшения яркостных свойств изображений, геометрической коррекции и трансформирования в выбранную систему координат, методы создания производных признаков, контролируемой и неконтролируемой классификации объектов, интеграция данных ДДЗ с геоинформационными системами.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.В

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ПК-4: способностью использовать современные методы обработки и интерпретации общей и отраслевой географической информации при проведении научных и прикладных исследований
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.Знать:
3.1.1.1) теоретические основы цифрового представления данных дистанционного зондирования,
2) виды съемочных систем зондирования Земли,
3) методы визуального отображения, преобразования и улучшения материалов аэрокосмической съемки,
4) возможные области применения данных ДЗЗ для решения практических задач.
3.2.Уметь:
3.2.1.1) извлекать качественную и количественную информацию по материалам ДЗЗ,
2) дешифрировать и интерпретировать объекты и явления, представленные на аэрокосмоснимках,
3) совмещать и увязывать данные полученные с разных съемочных систем.
3.3.Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.1) навыками работы в специализированных программных средствах по обработке данных ДЗЗ,
2) методами и алгоритмами комплексирования результатов наземных исследований с материалами ДЗЗ,
3) приемами динамического анализа с привлечение данных ДЗЗ.

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия Наименование разделов и тем Вид занятия Семестр Часов Компетенции Литература
Раздел 1. Вводное занятие
1.1. Физические основы дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Лекции 1 2 ПК-4 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2
1.2. Физические основы дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Форматы представления данных ДЗЗ. Метаданные. Каталоги спектральных сигнатур. Программа ENVI. Манипуляции с файлами ДЗЗ. Синтез изображений. Преобразование данных ДЗЗ к физическим величинам. Определение альбедо и интенсивности излучения. Атмосферная коррекция и коррекция дымки. Преобразование данных ДЗЗ к физическим величинам. Определение альбедо и интенсивности излучения. Атмосферная коррекция и коррекция дымки. Изучение настроек параметров ArcGIS, ERDAS IMAGINE и ENVI. Настройка ядра, настройка и изучение основных модулей. Вид. Интерфейс вида. Добавление изображений. Настройка параметров изображений. Открывание нескольких окон просмотра изображений. Географическое связывание видов, операция «Link». Связание окон. Практические 1 4 ПК-4 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2
1.3. Изучение свойств и принципов обработки аэрокосмических снимков. Ознакомление с понятием компьютерного дешифрирования. Изучение изобразительных свойства аэрокосмических снимков. Освоение методики визуального дешифрирования снимков. Ознакомление с классификацией космических снимков. Сам. работа 1 2 ПК-4 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2
Раздел 2. Работа с данными ДЗЗ.
2.1. Интерпретация данных ДЗЗ. Лекции 1 2 ПК-4 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2
2.2. Интерпретация данных ДЗЗ "Сырые" данные ДЗЗ и этапы коррекции. Сравнение изображений разной глубины коррекции (обработки). Выборка данных. Построение одномерных статистик и гистограмм. Практические 1 10 ПК-4 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2
2.3. Интерпретация данных ДЗЗ Модели сенсоров. Пространственное и спектральное разрешение. Спектральный отклик. Геометрические искажения (дисторсия). Характеристики изображений. Выборка данных. Одномерные статистики изображения. Гистограмма. Многомерные статистики изображения. Спектральные преобразования. Пространство характеристик. Мультиспектральные отношения. Практические 1 10 ПК-4 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2
2.4. Изучение методов съемки и съемочных платформ в дистанционном зондировании. Изучение технологии сканерной съемки. Ознакомление с фотограмметрической обработкой сканерных снимков. Ознакомление с основными способами компьютерной классификации объектов по снимкам. Изучение автономной и управляемой классификациями снимков. Ознакомление с принципами постклассификационной обработки многозональных космических снимков. Сам. работа 1 2 ПК-4 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2
2.5. Использование данных ДЗЗ для решения практических задач. Лекции 1 2 ПК-4 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2
2.6. Регистрация изображений. Виды преобразований. Регистрация изображений. Виды преобразований. Ручное дешифрирование и построение векторных тематических карт. Практические 1 6 ПК-4 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2
2.7. Ознакомление с методами подготовки цифровой карты дешифрированного АФС. Особенности распознавания рельефа, растительности, почв, грунтов и элементов гидрографии на АФС. Изучение приборов и технических комплексов для инструментального и автоматизированного дешифрирования. Сам. работа 1 5 ПК-4 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2
2.8. Экзамен 1 27 ПК-4 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания
Спектральные составляющие изображений ДЗЗ. Спектральные сигнатуры.
Формирование изображении в оптические системах. Сенсоры. Формирование многоканального изображений.
Модели излучения в оптическом диапазоне. Компоненты солнечной радиации.
Отражение и рассеяние излучения. Суммарная солнечная радиация на сенсоре.
Фотометрические искажения (затенение рельефом, дымка и облачность). Принципы атмосферной коррекции.
Средневолновое и тепловое излучение. Суммарная излученная радиация на сенсоре. Термальные изображения.
Получение изображения. Модель сенсора, пространственное и спектральное разрешение, выборка и квантизация сигнала.
Геометрические искажения (дисторсия) и его причины. Положение и ориентация сенсора. Геометрия сканирования (модель Земли, влияние рельефа, возможные геометрии сканера).
Характеристики изображений. Выборка данных. Одномерные статистики изображения. Гистограмма. Статистические параметры изображения.
Спектральные преобразования. Пространство характеристик. Мультиспектральные отношения. Вегетационные индексы. Главные компоненты. Стандартизованные главные компоненты.
Формирование RGB изображений в условных цветах (увеличение контраста, преобразования и нормализация гистограммы, гистограммы, бинаризация).

Регистрация и слияние изображений. Автоматический и ручной поиск GCP (точек взаимной ориентации и контрольных точек). Использование корреляции.
Орторектификация (ортофотопланы) и их построение.
Слияние нескольких изображений. Слияние в пространстве характеристик.
Проблемы, возникающие при построении мозаик и их решение.
Методы повышения пространственного разрешения.
Использование данных ДЗЗ для мониторинга природных систем.
Использование данных ДЗЗ для мониторинга глобальных изменений и использование их результатов.
Типы и форматы цифровых данных ДЗЗ.
Разрешение данных съемки: пространственное, радиометрическое, спектральное, временное.
Системы отображения и обработки снимков.
Снимки в видимом, ближнем и среднем инфракрасном диапазоне.
Фотографические, сканерные, телевизионные, ПЗС-снимки.
Снимки в тепловом инфракрасном диапазоне спектра.
Снимки в радиодиапазоне.
Гиперспектральная съемка в оптическом диапазоне.
Понятие о качестве изображений.
Радиометрическая и геометрическая коррекция цифровых снимков.
Атмосферная коррекция.
Восстановление пропущенных пикселей.
Улучшение изображений путем повышения контраста.
Пространственные преобразования: линейные, статистические, градиентные
фильтры-свертки.
Преобразования Фурье.
Необходимость и типы операций трансформирования изображений.
Алгоритмы трансформирования снимков.
Полиномиальная модель искажений.
Выбор наземных контрольных точек.
Преобразование координат и оценка ошибок трансформирования.
Повторная дискретизация.
Калибровка и ортотрансформирование снимков
Правила и типы автоматизированной классификации.
Непараметрические и параметрические способы классификации.
Обучение классификатора.
Контролируемое обучение: создание обучающих выборок, оценка качества эталонов, решающее правило классификации.
Неконтролируемое обучение: самоорганизующийся способ кластеризации ISODATA.
Гибридная классификация.
Объектно-ориентированные способы классификации.
Использование алгоритмов нейронных сетей при разнородных источниках информации.
Особенности классификации гиперспектральных данных.
Изучение динамики явлений (объектов) по данным аэрокосмоснимков.
Исследование атмосферы: изучение вертикальных профилей атмосферы, облачность, метеорологические характеристики и явления.
Исследование гидросферы: контроль состояния водоемов, снегового и ледового покрова, изучение поверхности морей и океанов.
Исследование литосферы: глубинное геологическое строение, коры выветривания, геоморфологические элементы рельефа.
Антропогенное воздействие на природную среду.
Применение материалов ДЗЗ для наполнения ГИС.
5.2. Темы письменных работ (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)
см. ФОС по дисциплине "Данные дистанционного зондирования в географических исследованиях"
5.3. Фонд оценочных средств
см. ФОС по дисциплине "Данные дистанционного зондирования в географических исследованиях"
Приложения
Приложение 1.   ФОС_ДДЗвГИ_гео_маг_2020.docx

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л1.1 К.В. Шошина; Р.А. Алешко Геоинформационные системы и дистанционное зондирование. Ч.1.: учебник Архангельск : ИД САФУ, 2014 http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=312310
Л1.2 под ред. В.М. Владимирова Дистанционное зондирование Земли: Красноярск: СФУ, 2014 http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=364521
6.1.2. Дополнительная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л2.1 Ю.Ф. Книжников, В.И. Кравцова, О.В. Тутубалина Аэрокосмические методы географических исследований: учебник для ВУЗов М.: Академия, 2004
Л2.2 А.А. Лагутин, Р.И. Райкин Дистанционное зондирование Земли из космоса: данные и продукты: учебное пособие Барнаул: [АЗБУКА], 2015 http://elibrary.asu.ru/handle/asu/4258
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
Название Эл. адрес
Э1 Основы дистанционного зондирования http://www.khai-gis.info/docs/4/ODZ.pdf
Э2 Обработка и интерпритация данных дистанционного зондирования Земли http://portal.tpu.ru:7777/SHARED/o/OST/teaching1/PTAL/Tab/RSDP_Book.pdf
Э3 Курс в Moodle "Данные дистанционного зондирования в географических исследованиях" https://portal.edu.asu.ru/course/view.php?id=3145
6.3. Перечень программного обеспечения
Microsoft Windows
Microsoft Office
7-Zip
AcrobatReader
MapInfo Professional (P) - Nodeljcked, MINWRS1200026830 от 12.10.2014 (бессрочная);
ArcGIS Desktop Advanced Educational Teaching Lab Pak (31), v. 10.3.1, № 302914 от 12.02.16 (бессрочная);
QGIS свободная географическая информационная система с открытым кодом, https://qgis.org/ru/site
FAR, http://www.farmanager.com/license.php?l=ru
Chrome; http://www.chromium.org/chromium-os/licenses
ENVI 4.8, № 503626-1 от 16.12.2011 (бессрочная)
6.4. Перечень информационных справочных систем
https://earthexplorer.usgs.gov/
https://sovzond.ru/
http://www.scanex.ru/
https://www.esri-cis.ru/
Информационно справочная система СПС «КонсультантПлюс»: http://www.consultant.ru/
Электронная база данных «Scopup»: http://www.scopus.com
Электронная библиотечная система Алтайского государственного университета: http://elibrary.asu.ru/
Научная электронная библиотека eLIBRARY: http://elibrary.ru

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Аудитория Назначение Оборудование
Помещение для самостоятельной работы помещение для самостоятельной работы обучающихся Компьютеры, ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ
500М лаборатория "Научно-образовательный центр геоинформационных технологий" - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации Учебная мебель на 15 посадочных мест; рабочее место преподавателя; доска меловая 1 шт.; ПК: BENQ XL2411 - 5 ед.; интерактивная доска: Triumph Multi touch - 1 ед.; Графическая рабочая станция DEPO Race (4 шт); GPS Spectra Precision Epoch; Комплект GNSS GPS/ГЛОНАСС; Плоттер Canon iPF605; Интерактивная система для голосования SMART, 12 пультов; сканер протяжной формата А0 Canon; 8 плакатов.
500М лаборатория "Научно-образовательный центр геоинформационных технологий" - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации Учебная мебель на 15 посадочных мест; рабочее место преподавателя; доска меловая 1 шт.; ПК: BENQ XL2411 - 5 ед.; интерактивная доска: Triumph Multi touch - 1 ед.; Графическая рабочая станция DEPO Race (4 шт); GPS Spectra Precision Epoch; Комплект GNSS GPS/ГЛОНАСС; Плоттер Canon iPF605; Интерактивная система для голосования SMART, 12 пультов; сканер протяжной формата А0 Canon; 8 плакатов.
406М лаборатория "Научно-образовательный центр геоинформационных технологий" - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации Учебная мебель на 16 посадочных мест; рабочее место преподавателя; доска магнитно-маркерная – 1 шт.; компьютеры: ACPI x64-based PC, Intel (R) Core (TM) i5-3470, 3200 MHz, 3200 MHz – 15 ед.; интерактивная доска: Triumph MULTI TOUCH 78 – 1ед.

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

Методические указания обучающимся к лекциям по дисциплине:
В ходе лекционных занятий по дисциплине необходимо вести конспектирование учебного материала. Конспектирование лекций – сложный вид вузовской аудиторной работы, предполагающий интенсивную умственную деятельность студента.
В процессе конспектирования не следует записывать дословно всю лекцию. Целесообразно вначале понять основную мысль, излагаемую лектором, а затем записать ее. Желательно запись осуществлять, оставляя поля, на которых позднее, при самостоятельной работе с конспектом, можно сделать дополнительные записи, отметить непонятные места.
Конспект лекции лучше подразделять на пункты, соблюдая красную строку. Этому в большой степени будут способствовать вопросы плана лекции, предложенные преподавателям. Следует обращать внимание на акценты, выводы, которые делает лектор, отмечая наиболее важные моменты в лекционном материале замечаниями «важно», «хорошо запомнить» и т.п. Можно делать это и с помощью разноцветных маркеров или ручек, подчеркивая термины и определения.
Целесообразно разработать собственную систему сокращений, аббревиатур и символов общераспространенных слов и выражений. Специфичные термины и их сокращения будут акцентированы преподавателем дополнительно.
Работа над конспектом лекции по дисциплине не заканчивается в лекционной аудитории, а продолжается студентом дома, при этом обучающийся повторно ознакамливается с содержанием лекционного материала, знакомится с рекомендованной литературой, особенно нормативно-правовыми актами и методиками государственной кадастровой оценки, делает себе пометки в тексте лекции, или продолжает конспект.
Работая над конспектом лекций, всегда необходимо использовать не только учебник, но и ту литературу, которую дополнительно рекомендовал лектор. Именно такая серьезная, кропотливая работа с лекционным материалом позволит глубоко овладеть теоретическим материалом.

Методические указания обучающимся при подготовке к семинарам, практическим занятиям:
Планы семинарских занятий, их тематика, рекомендуемая литература, цель и задачи ее изучения сообщаются преподавателем на вводных занятиях или в методических указаниях по дисциплине.
Подготовка студентов к семинарскому занятию включает 2 этапа:
1) организационный;
2) закрепление и углубление теоретических знаний.
На первом этапе студент планирует свою самостоятельную работу, которая включает:
- уяснение задания на самостоятельную работу;
- подбор рекомендованной литературы;
- составление плана работы, в котором определяются основные пункты предстоящей подготовки.
Составление плана дисциплинирует и повышает организованность в работе.
Второй этап включает непосредственную подготовку студента к занятию. Начинать надо с изучения рекомендованной литературы. Необходимо помнить, что на лекции обычно рассматривается не весь материал, а только его часть. Остальная его часть восполняется в процессе самостоятельной работы. В связи с этим работа с рекомендованной литературой обязательна. Особое внимание при этом необходимо обратить на содержание основных по-ложений и выводов, объяснение явлений и фактов, уяснение практического приложения рассматриваемых теоретических вопросов. В процессе этой работы студент должен стремиться понять и запомнить основные положения рассматриваемого материала, примеры, поясняющие его, а также разобраться в иллюстративном материале.
Заканчивать подготовку следует составлением плана (конспекта) по изучаемому материалу (вопросу). Это позволяет составить концентрированное, сжатое представление по изучаемым вопросам.
В процессе подготовки к занятиям рекомендуется взаимное обсуждение материала, во время которого закрепляются знания, а также приобретается практика в изложении и разъяснении полученных знаний, развивается речь.
При необходимости следует обращаться за консультацией к преподавателю. Идя на консультацию, необходимо хорошо продумать вопросы, которые требуют разъяснения.
На семинаре каждый его участник должен быть готовым к выступлению по всем поставленным в плане вопросам, проявлять максимальную активность при их рассмотрении. Выступление должно строиться свободно, убедительно и аргументировано. Преподаватель следит, чтобы выступление не сводилось к репродуктивному уровню (простому воспроизведению текста), не допускается и простое чтение конспекта. Необходимо, чтобы выступающий проявлял собственное отношение к тому, о чем он говорит, высказывал свое личное мнение, понимание, обосновывал его и мог сделать правильные выводы из сказанного. При этом студент может обращаться к записям конспекта и лекций, непосредственно к первоисточникам.
На семинаре студенты ведут конспект. Конспект – это систематизированное, логичное изложение материала источника. Различаются четыре типа конспектов:
• План-конспект – это развернутый детализированный план, в котором достаточно подробные записи приводятся по тем пунктам плана, которые нуждаются в пояснении.
• Текстуальный конспект – это воспроизведение наиболее важных положений и фактов источника.
• Свободный конспект – это четко и кратко сформулированные (изложенные) основные положения в результате глубокого осмысливания материала. В нем могут присутствовать выписки, цитаты, тезисы; часть материала может быть представлена планом.
• Тематический конспект – составляется на основе изучения ряда источников и дает более или менее исчерпывающий ответ по какой-то схеме (вопросу).
В заключение преподаватель, как руководитель семинара, подводит итоги семинара. Он может (выборочно) проверить конспекты студентов и, если потребуется, внести в них исправления и дополнения.

Методические указания обучающимся для организации самостоятельной работы:
Основной формой самостоятельной работы обучающихся является изучение конспекта лекций, их дополнение рекомендованной литературой, активное участие на семинарах и подготовка докладов и презентаций по основным проблемам дисциплины.
Основой самостоятельной работы студентов является работа с рекомендованной литературой. Список основной и дополнительной литературы под дисциплине приведен в РПД .
Изучение дисциплины следует начинать с проработки РПД .
Правила самостоятельной работы с литературой
- Составить перечень книг, с которыми Вам следует познакомиться;
- Перечень книг должен быть систематизированным (что необходимо для обязательно-го прочтения, что пригодится для написания рефератов, а что может расширить Вашу общую культуру и т.д.).
- Не пытайтесь читать быстро, вынужденное скорочтение не только не способствует качеству чтения, но и не приносит чувства удовлетворения, которое мы получаем, размышляя о прочитанном.

Подготовка рефератов направлена на развитие и закрепление у студентов навыков самостоятельного глубокого, творческого и всестороннего анализа научной, методической и другой литературы по актуальным проблемам дисциплины; на выработку навыков и умений грамотно и убедительно излагать материал, четко формулировать теоретические обобщения, выводы и практические рекомендации.
Рефераты должны отвечать высоким квалификационным требованиям в отношении научности содержания и оформления.
Темы рефератов, как правило, посвящены рассмотрению одной проблемы. Объем реферата может быть от 12 до 15 страниц машинописного текста, отпечатанного через 1,5 интервала, а на компьютере через 1 интервал (список литературы и приложения в объем не входят).
Текстовая часть работы состоит из введения, основной части и заключения.
Во введении студент кратко обосновывает актуальность избранной темы реферата, раскрывает конкретные цели и задачи, которые он собирается решить в ходе своего небольшого исследования.
В основной части подробно раскрывается содержание вопроса (вопросов) темы.
В заключении кратко должны быть сформулированы полученные результаты исследования и даны выводы. Кроме того, заключение может включать предложения автора, в том числе и по дальнейшему изучению заинтересовавшей его проблемы.
В список литературы (источников и литературы) студент включает только те документы, которые он использовал при написании реферата.
В приложении (приложения) к реферату могут выноситься таблицы, графики, схемы и другие вспомогательные материалы, на которые имеются ссылки в тексте реферата.