[ Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО «Алтайский государственный университет»
УТВЕРЖДАЮ
Декан географического факультета
Барышников Г.Я.
"_" _ 200г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
по дисциплине Космическое ландшафтоведение по направлению 020400.68 ГЕОГРАФИЯ магистерская программа «Физическая география»факультет ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ кафедра ФИЗИЧЕСКОЙ ГЕОГРАФИИ И ГИС курс ПЕРВОГО ГОДА ОБУЧЕНИЯ семестр Лекции (час.) Экзамен в - семестре Практические (семинарские) занятия - 12 (час.) _ Зачет в _3семестре Лабораторные занятия (час.) Всего часов 20 (час.) Самостоятельная работа (час.) Итого часов трудозатрат на дисциплину (для студента) по ГОС 60 (час.) Рабочая программа составлена на основании типовой программы и авторских разработок Ротановой И.Н.
Индекс Рабочая программа И.Н. Ротановой обсуждена на заседании кафедры физической географии и ГИС «11» декабря 2007 г. /Протокол № 119/.
Заведующий кафедрой проф. А.Ш. Хабидов Одобрено методической комиссией Географического факультета "" _200 г.
Председатель комиссии О. В. Отто
СОДЕРЖАНИЕ
I. Рабочая программа дисциплины ……………………………………………………… Введение………..…………………………………………………………………………. 1. Цели и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе.2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
3. Объем дисциплины, формы текущего и промежуточного контроля………………. 3.1. Объем дисциплины и виды учебной работы…………………………………………. 3.2. Распределение часов по темам и видам учебной работы…………………………… 4. Содержание курса…………………………………………………………………….. 5. Темы практических занятий
6. Темы для самостоятельной работы
7. Тематика курсовых работ и рефератов…………………………………………….. 8. Учебно-методическое обеспечение
8.1. Литература…………………………………………………………………………. 8.2. Материально-техническое и информационное обеспечение дисциплины……. Методические указания магистрантам…………………………………………….... 8.3.
8.4. Методические рекомендации для преподавателя………………………………… II. Материалы, устанавливающие содержание и порядок проведения промежуточных и итоговых аттестаций……………
I. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ
Широкое использование космических снимков, отличающихся значительной обзорностью и генерализацией, является стимулом для развития методов ландшафтного дешифрирования. Специфика дешифрирования ландшафтов заключается в совокупном анализе оптических свойств всех компонентов природных комплексов и в дифференциации синтетических спектральных образов. Интеграция изображения чаще всего выражается в рисунке, отражающем морфологическую структуру ландшафта. Классификация рисунков и уточнение критериев соответствия классификационным признакам – важнейшая задача методологии ландшафтного дешифрирования, а формализация параметров – предпосылка для успешного внедрения автоматизированной обработки изображений. Ландшафтное дешифрирование опирается на весь материал по физико-географическому районированию, накопленный для исследуемых регионов. Вместе с тем результаты дешифрирования дают материал для уточнения и часто для пересмотра существующих карт и схем. Особенно это касается районирования территорий с учетом антропогенных изменений ландшафтов.Карты, составленные по типам рисунков ландшафтов, создаваемые на основе дешифрирования космических снимков, следует рассматривать как фактический материал для составления карт самого различного профиля и назначения – тематических, оценочных, прогнозных. Визуальное дешифрирование – начальный и один из самых ответственных этапов сложного процесса интерпретации материалов дистанционного зондирования. От него во многом зависят научный уровень, практическая ценность и экономическая эффективность использования конечных результатов исследований.
Программа курса "Космическое ландшафтоведение" предназначена для магистрантов 2 курса географического факультета, обучающихся по направлению "География".
Целью курса является изучение магистрантами и последующее применение современных концептуальных основ, методологических подходов и полученных ранее знаний при использовании аэрокосмических методов в изучении природной среды.
В результате изучения дисциплины студенты должны знать аэрокосмические методы географических исследований; физические основы, технические средства и технологии получения данных дистанционного зондирования; свойства и обработку космических снимков, методики ландшафтного дешифрирования.
В ходе изучения дисциплины используются следующие формы работы магистрантов: аудиторные занятия – лекции в сочетании с интерактивным общением по основным темам занятий.
Виды контроля: реферат по заданной теме, зачет по окончанию семестра.
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ,
ЕЁ МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ
Цель и задачи преподавания дисциплины: Целью курса является освоение современных достижений аэрокосмических технологий, знакомство с функционирующими космическими системами и сформировавшимся фондом космических снимков, освоение методов и приемов визуальной и компьютерной обработки снимков, знакомство с особенностями их применения в различных направлениях географических исследований, главным образом, в ландшафтоведении.
2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ
ДИСЦИПЛИНЫ
В ходе изучения дисциплины магистрант должен:- знать роль аэрокосмических методов как мощного современного средства географических исследований;
- понимать структуру мирового фонда космических исследований и уровень обеспеченности снимками конкретных географических исследований;
- знать основной арсенал методов, приборов и технологий обработки аэрокосмических снимков;
приобрести практические навыки визуального дешифрирования, обработки снимков на компьютере и простейших фотограмметрических измерений.
Перечень дисциплин с указанием разделов, усвоение которых магистрантами необходимо для изучения космического ландшафтоведения.
География: основные географические закономерности, характеризующие поверхность Земли, географические аспекты взаимодействия общества и природы.
Землеведение: сведения о форме и размерах Земли, гидросфере, атмосфере, рельефе суши, основные черты пространственной неоднородности географической оболочки.
Гидрология: виды вод суши, комплекс физико-географических факторов стока вод с суши, зависимость стока от почвенного покрова, от рельефа, от климата, распределение стока по земной поверхности, речные системы и строение гидрографической сети, географические типы и распространение озер.
морфоструктурные формы рельефа, понятие о равнинных и горных территориях.
Физико-географическое районирование: систему физико-географического районирования, методики районирования, зональные и азональные черты поверхности суши.
Ландшафтоведение: систему ландшафтов, физиономичные черты ландшафтов, компоненты ландшафтов.
Природопользование: влияние хозяйственной деятельности людей на изменение земной поверхности.
География природного риска: опасные природные процессы и явления.
географических науках и экологии.
Физика: оптика, электромагнитный спектр, солнечное излучение и его отражение объектами земной поверхности, методы регистрации излучения;
Информатика: информационные методы в естественных науках.
Картография: понятие о картах, масштабах, генерализации, системе условных знаков.
3. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ, ФОРМЫ ТЕКУЩЕГО И
ПРОМЕЖУТОЧНОГО КОНТРОЛЯ
3.1. Объем дисциплины и виды учебной работы Лекции - 20 часов. Практические (семинарские) занятия – не планируются.Всего 20 часов аудиторных занятий.
Самостоятельная работа 30 часов.
Зачет в третьем семестре.
Итого часов трудозатрат на дисциплину (для студентов) по ГОС 50 часов.
3.2. Распределение часов по темам и видам учебной работы:
2.3. Тематический план дисциплины:
Аэрокосмические методы географических состояния дистанционного зондирования.
Основные принципы, понятия, физические географических исследований. Космическое ландшафтоведение.
Виды аэрокосмической съемки, съемочная аппаратура и ее носители.
Изобразительные свойства и дешифрирование фотограмметрическая обработка снимков.
компьютерная обработка.
Аэрокосмические исследования Земли.
программы Исследования атмосферы.
Исследования гидросферы.
Исследования литосферы.
Геоморфологические исследования генетических типов и возраста рельефа.
Исследования биосферы.
Эколого-социально-экономический компонент в аэрокосмических исследованиях.
действительности. Изучение структуры и динамики ландшафтов по космическим снимкам.
Аэрокосмический мониторинг.
глобальных изменений.
антропогенного воздействия на природную среду и экологические задачи.
Контроль за загрязнением воздуха и вод, состоянием озонового слоя, оценка биомассы суши и океана, исследование опустынивания, деградации лесов, глобального техногенного воздействия на природную среду.
ЗАЧЕТ
АЭРОКОСМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ.
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И ПОНЯТИЯ.
современного состояния дистанционного зондирования. Многозональный аэрокосмическим снимкам. Традиционные и компьютерные технологии. Типовые задачи. Роль спутникового позиционирования. Международные исследовательские программы.
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
Аэрофотосъемка. Космическое фотографирование. Электронные и радиофизические методы съемки. Космические системы изучения природных ресурсов и мониторинга. Электромагнитный спектр. Солнечное излучение и его отражение объектами земной поверхности. Спектрометрирование. Спектральная отражательная способность природных объектов. Инфратепловое и радиотепловое излучение Земли. Искусственное излучение. Влияние атмосферы на регистрируемое излучение: облачность, ослабление излучения в атмосфере, воздушная дымка. Проникновение солнечного излучения в воду.
АЭРОКОСМИЧЕСКИЕ СЪЕМКИ, СЪЕМОЧНАЯ АППАРАТУРА И ЕЕ
НОСИТЕЛИ. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКАЯ
ОБРАБОТКА СНИМКОВ
Методы регистрации излучения: фотографический, фотоэлектрический, термоэлектрический; приборы с зарядовой связью (ПЗС-приемники), антенны.Фотографические камеры. Сканеры. Радиолокаторы. Носители съемочной аппаратуры: авиационные, искусственные спутники Земли, пилотируемые космические корабли, орбитальные станции. Аэросъемка: плановая и перспективная. Космическая съемка: форма и наклонение орбит спутников, солнечно-синхронные орбиты. Разновидности космических съемок:
стереоскопическая, ракурсная, многозональная, спектральная, многовременная.
Наземная стереофотограмметрическая съемка.
Одиночный снимок: искажения снимков за его наклон, рельеф местности, кривизну Земли. Геометрические свойства сканерных и радиолокационных снимков. Трансформирование снимков: фотомеханическое и компьютерное.
Стереоскопическая пара снимков: определение высот местности по паре снимков.
Автоматические стереоизмерения. Приборы для стереофотограмметрической обработки. Фотограмметрический метод изучения динамики географических объектов; способы определения перемещений, изменений высоты поверхности, площади ареалов, объемов по разновременным снимкам.
ИЗОБРАЗИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА И ДЕШИФРИРОВАНИЕ СНИМКОВ
Воспроизведение снимком яркостных градаций объектов. Разрешающая способность и разрешение аэрокосмических снимков. Генерализация изображения на аэрокосмических снимках. Физиологические основы визуального дешифрирования. Стереоскопический эффект. Преобразование снимков:компрессия – декомпрессия; синтезирование цветных изображений;
преобразование контрастности. Визуальное дешифрирование снимков:
технологические схемы, дешифровочные признаки, индикационное дешифрирование, дешифрирование многозональных и разновременных снимков, полевое и камеральное дешифрирование. Эталонное дешифрирование.
Классификация и типы космических снимков. Характеристика основных типов снимков: фотографические, сканерные, многоэлементные ПЗС-снимки, тепловые инфракрасные радиометрические, микроволновые радиометрические, радиолокационные снимки.
Оценка мирового фонда снимков по пространственному, спектральному и временному разрешению. Фонды электронных снимков и возможности получения снимков по сети Интернет.
СВОЙСТВА ЦИФРОВЫХ СНИМКОВ И ИХ КОМПЬЮТЕРНАЯ ОБРАБОТКА
Разновидности цифровых снимков. Различия аналоговых и дискретных снимков. Создание производных изображений. Зональные отношения и индексы.Вегетационный индекс. Преобразование по методу главных компонент – общее и специализированное для растительных объектов.
Компьютерная классификация без обучения. Кластеризация. Алгоритм ISODATA. Классификация с обучением. Алгоритмы метода параллелепипеда, минимальных расстояний, максимального правдоподобия. Использование текстурных характеристик снимка при классификации. Принципы выбора алгоритма классификации. Особенности обработки гиперспектральных и радиолокационных снимков. Оценка достоверности результатов классификации.
Использование снимков в интегрированных ГИС.
АЭРОКОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗЕМЛИ. КОСМИЧЕСКОЕ
ЛАНДШАФТОВЕДЕНИЕ. АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ.
Исследования атмосферы: атмосферная циркуляция, системы облачности, радиационный и тепловой баланс Земли. Сбор данных метеонаблюдений.Исследования гидросферы. Океанология: изучение динамики водных масс по результатам регистрации температур поверхности океана, картографирование рельефа дна Мирового океана по топографии водной поверхности; мониторинг волнения и приповерхностных ветров, биопродуктивности океана, загрязнения вод. Гляциология: мониторинг динамики снежного покрова, горного и покровного оледенения, снежных лавин. Гидрология: моделирование и прогнозирование талого стока рек, наблюдения за наводнениями, изучение озер.
Исследования литосферы. Стратиграфия и состав пород, структурнотектонические исследования, сейсмика, вулканизм. Геоморфологические исследования генетических типов и возраста рельефа.
Исследования биосферы. Изучение структуры почвенного покрова, исследование динамических свойств почв – гумусности, влажности, засоления, эродированности. Изучение структуры растительного покрова, оценка растительных ресурсов.
Снимки как ландшафтные модели действительности, изучение структуры и динамики ландшафтов.
Эколого-социально-экономические исследования. Определение состава сельскохозяйственных культур, оценка состояния посевов, прогнозирование урожайности, оценка пастбищ, инвентаризация и картографирование земельных угодий. Изучение и картографирование лесного фонда, контроль за состоянием лесов, охрана лесов от пожаров. Изучение использования городских земель и их динамки, производственно-функциональных типов населенных пунктов и систем расселения.
Космические методы исследования глобальных изменений. Антропогенное воздействие на природную среду и экологические задачи. Контроль за загрязнением воздуха и вод, состоянием озонового слоя, оценка биомассы суши и океана, исследование опустынивания, обезлесевания, техногенного воздействия на природную среду.
5. ТЕМЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ:
Магистрантами готовится реферат по заданной или выбранной теме по курсу изучения.
6. ТЕМЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
1. Основные принципы и понятия дистанционного зондирования природной среды, физические основы.аэрокосмическим снимкам. Традиционные и компьютерные технологии. Типовые задачи. Роль спутникового позиционирования.
2. Аэрокосмические съемки, съемочная аппаратура и ее носители.
Фотографические камеры. Сканеры. Радиолокаторы. Носители съемочной аппаратуры: авиационные, искусственные спутники Земли, пилотируемые космические корабли, орбитальные станции.
3. Геометрические свойства и фотограмметрическая обработка снимков.
Одиночный снимок: искажения снимков за его наклон, рельеф местности, кривизну Земли. Геометрические свойства сканерных и радиолокационных снимков. Трансформирование снимков: фотомеханическое и компьютерное.
Стереоскопическая пара снимков: определение высот местности по паре снимков.
Автоматические стереоизмерения. Приборы для стереофотограмметрической обработки.
4. Свойства цифровых снимков и их компьютерная обработка.
Компьютерная классификация без обучения. Кластеризация. Алгоритм ISODATA. Классификация с обучением. Алгоритмы метода параллелепипеда, минимальных расстояний, максимального правдоподобия. Использование текстурных характеристик снимка при классификации. Принципы выбора алгоритма классификации. Особенности обработки гиперспектральных и радиолокационных снимков. Оценка достоверности результатов классификации.
5. Изобразительные свойства и дешифрирование снимков. Аэрокосмические исследования Земли.
Стереоскопический эффект. Преобразование снимков: компрессия – декомпрессия; синтезирование цветных изображений; преобразование контрастности. Визуальное дешифрирование снимков: технологические схемы, дешифровочные признаки, индикационное дешифрирование, дешифрирование многозональных и разновременных снимков. Аэрокосмические исследования компонентов природной среды.
6. Исследования биосферы.
Изучение структуры почвенного покрова, исследование динамических свойств почв – гумусности, влажности, засоления, эродированности. Изучение структуры растительного покрова, оценка растительных ресурсов.
7. Эколого-социально-экономические исследования.
Определение состава сельскохозяйственных культур, оценка состояния посевов, прогнозирование урожайности, оценка пастбищ, инвентаризация и картографирование земельных угодий. Изучение и картографирование лесного фонда, контроль за состоянием лесов, охрана лесов от пожаров. Изучение использования городских земель и их динамки, производственнофункциональных типов населенных пунктов и систем расселения.
8. Космическое ландшафтоведение.
Снимки как ландшафтные модели действительности, изучение структуры и динамики ландшафтов.
9. Аэрокосмический мониторинг.
Понятие. Основная терминология. Основные направления.
10. Космические методы исследования глобальных изменений.
11. Антропогенное воздействие на природную среду и экологические задачи.
12. Контроль за загрязнением воздуха и вод, состоянием озонового слоя, оценка биомассы суши и океана, исследование опустынивания, обезлесевания, техногенного воздействия на природную среду.
7. ТЕМАТИКА КУРСОВЫХ РАБОТ И РЕФЕРАТОВ
1. Разрешающая способность и разрешение аэрокосмических снимков.2. Воспроизведение снимком яркостных градаций природных объектов.
3. Особенности генерализации изображения по многозональным космическим снимкам.
4. Физиологические основы визуального дешифрирования.
5. Визуальное дешифрирование снимков: технологические схемы, дешифровочные признаки, индикационное дешифрирование, дешифрирование многозональных и разновременных снимков, полевое и камеральное дешифрирование. Эталонное дешифрирование.
6. Определение состава сельскохозяйственных культур, оценка состояния посевов, прогнозирование урожайности, оценка пастбищ, инвентаризация и картографирование земельных угодий.
7. Изучение и картографирование лесного фонда, контроль за состоянием лесов, охрана лесов от пожаров.
8. Изучение использования городских земель и их динамки, производственнофункциональных типов населенных пунктов и систем расселения.
9. Космические методы исследования глобальных изменений.
10. Антропогенное воздействие на природную среду и экологические задачи.
11. Исследования атмосферы по данным дистанционного зондирования.
12. Исследования гидросферы по данным дистанционного зондирования.
13. Изучение гляциологических явлений и процессов: мониторинг динамики снежного покрова, горного и покровного оледенения, снежных лавин.
14. Изучение литосферы по данным дистанционного зондирования.
15. Изучение структуры почвенного покрова, исследование динамических свойств почв – гумусности, влажности, засоления, эродированности.
16. Изучение структуры растительного покрова, оценка растительных ресурсов.
17. Изучение ландшафтных особенностей по данным дистанционного зондирования.
18. Источники составления ландшафтных карт.
19. Прикладные ландшафтные карты.
20. Ландшафтно-экологическое картографирование по данным дистанционного зондирования.
8. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
1. Книжников Ю.Ф., Кравцова В.И., Тутубалина О.В. Аэрокосмические методы географических исследований. – М.: Изд. Центр «Академия», 2004.2. Смирнов Л.Е. Аэрокосмические методы географических исследований. – СПб.:
Изд-во С.-Пб университета, 2005.
Визуальные методы дешифрирования. / Верещака Т.В., Зверев А.Т., Сладкопевцев С.А., Судакова С.С. – М.: Недра, 1990.
4. Киенко Ю.П. Основы космического природоведения. – М.: КартгеоцентрГеоиздат, 1999.
5. Кравцова В.И. Космические методы картографирования. – М.: Изд-во Моск.
Ун-та, 1995.
6. Книжников Ю.Ф. Аэрокосмическое зондирование. Методология, принципы, проблемы. – М.: Изд-во Моск. Ун-та, 1997.
7. Григорьев А.А. Космическая индикация ландшафтов Земли. – М.: Изд-во МГУ, 1975.
8. Лурье И.К. Геоинформационное картографирование. Методы геоинформатики и цифровой обработки космических снимков. М.: КДУ, 2007. – 424 с.
1. Виноградов Б.В. Космические методы изучения природной среды. – М.: Мысль.
1976.
2. Гарбук С.В., Гершензон В.Е. Космические системы дистанционного зондирования Земли. – М. 1997.
3. Изучение и картографирование природных ресурсов Земли на основе использования космической информации (1987 г.). – Москва. 1989.
4. Использование аэрокосмических съемок в целях охраны природы. – Москва.
1988.
5. Использование космических фотоснимков для целей природоохранного картографирования. Методическое руководство. – М. 1984.
6. Космическая информация в тематическом картографировании. Сборник научных трудов ГНИПЦ «Природа». Выпуск 8. – Москва. 1986.
7. Лаврова Н.П. Космическая фотосъемка. - М.: Недра. 1983.
8. Мелуа А.И. Космические природоохранные исследования. Л.: Наука. – 1988.
9. Проблемы комплексного изучения и картографирования природных ресурсов Междуведомственный тематический сборник научных трудов. – М. 1988.
8.2. Материально-техническое и информационное обеспечение 1. Атлас аэрокосмических снимков: Дешифрирование многозональных аэрокосмических снимков. Методика и результаты. – М.: Наука; Берлин:
Академи-Ферлаг. Т.1. – 1982. Т. 2. – 1988.
2. Комплект космических снимков «Земля из космоса»
В ходе изучения современных концептуальных основ и методологических подходов, направленных на использование аэрокосмических методов в изучении природной среды магистрантам необходимо обратить основное внимание на следующее:
- роль аэрокосмических методов как мощного современного средства географических исследований;
- структуру мирового фонда космических исследований и пути обеспечения снимками конкретных географических исследований;
- методы, приборы и технологии обработки аэрокосмических снимков;
- значение картографирования как метода исследования и изучения объектов, процессов и явлений природы;
- возможности использования опыта комплексного картографирования, базирующегося на изучении законов природы, в физико-географических исследованиях и практической деятельности;
- применение системного подхода к изучению и картографированию природно-территориальных комплексов разных рангов и отдельных компонентов природной среды;
- использование новейших достижений современной техники, материалов дистанционного зондирования и автоматизации в физико-географическом картографировании;
- приобретение практических навыков визуального дешифрирования, обработки снимков на компьютере и простейших фотограмметрических измерений.
8.4. Методические рекомендации для преподавателя В ходе изучения дисциплины преподавателем используются следующие формы работы магистрантов: аудиторные занятия – лекции, интерактивный режим контроля пройденных тем, а также самостоятельная работа.
Виды контроля: реферат по выбранной теме, зачет по окончанию семестра.
«