Библиографическое описание:

Нефёдов П. В. Исследование и разработка методов и средств оценки степени валидности результатов дешифрирования полученных с космического аппарата Ресурс-П снимков в задачах аэрокосмического мониторинга леса // Молодой ученый. — 2016. — №7. — С. 134-136.



В данной статье рассмотрены назначение и принцип валидации результатов дешифрирования снимков. Отмечена актуальность задачи перехода от использования космических снимков, полученных и дешифрированных с помощью зарубежных аппаратных и программных средств, к использованию снимков, полученных с отечественных космических аппаратов. В рамках этой задачи разработан программный продукт для валидации результатов дешифрирования космических снимков, полученных с космического аппарата «Ресурс-П».

Ключевые слова: валидация, дешифрирование, космический аппарат.

Основное назначение валидации результатов дистанционного мониторинга растительности заключается в оценке и документальном подтверждении государственными органами уровня релевантности результатов тематического дешифрирования аэрокосмических снимков растительности фактическим значениям параметров, характеризующих виды, свойства и состояние этой растительности. Валидация является технологической основой для сертификации результатов тематического дешифрирования снимков растительности и придания этим результатам статуса государственных документов.

Ключевой принцип валидации результатов тематического дешифрирования снимков заключается в сравнении результатов дешифрирования снимков с эталоном. При этом и результат дешифрирования снимка, и эталон представляют собой тематические карты одного и того же участка местности. На тематических картах условно в графическом виде отображаются свойства растительности данного участка местности. Таким образом, валидация результатов дешифрирования снимка местности, представленного в виде тематической карты этой местности, состоит в сравнении полученной тематической карты с эталонной тематической картой местности.

  1. Формулировка проблемы. В настоящее время аэрокосмический мониторинг леса стал обязательным при решении задач Государственной инвентаризации лесов, что отражено в соответствующих нормативных документах. Однако, многие работы по аэрокосмическому мониторингу леса выполняются пока с использованием космических снимков, полученных с зарубежных космических аппаратов таких, как QuickBird, Iconos и другие, а также с использованием иностранного программного обеспечения дешифрирования снимков и валидации его результатов. Так сложилось, что Россия, первая запустившая спутник и до настоящего времени являющаяся лидером в космической деятельности, в области использования ее результатов отстала от развитых стран мира. Эти страны первыми осознали, что использование результатов космической деятельности в народном хозяйстве сможет принести большую экономическую выгоду, у России же в то время были другие приоритеты.

За последние 5–7 лет ситуация стала меняться, и к настоящему времени в России появились космические аппараты (КА), позволяющие получать снимки с сверхвысоким разрешением («Ресурс-ДК1», «Ресурс-П», «Канопус-В»), появилась возможность использовать отечественную технику для решения задач дистанционного зондирования Земли. И хотя по ряду технических параметров отечественные аппараты пока уступают зарубежным, отрыв этот с каждым годом сокращается. Чего не скажешь о программном обеспечении.

До сегодняшнего момента лидером в этой области оставался зарубежный программный продукт ENVI. Он обеспечивает полный цикл обработки данных дистанционного зондирования Земли, который включает в себя набор инструментов для проведения полного цикла обработки данных от ортотрансформирования и пространственной привязки изображения до получения необходимой информации и её интеграции с данными ГИС (географическая информационная система).

Была поставлена задача разработки собственного программного обеспечения, способного решать определенный круг задач в рамках аэрокосмического мониторинга леса с использованием данных с КА «Ресурс-П».

  1. Программа валидности результатов дешифрирования аэрокосмических снимков.На сегодняшний день обработка изображений для валидации дешифрирования аэрокосмических снимков является обязательным функционалом для задач дистанционного мониторинга Земли. В рамках поставленной задачи разработано программное обеспечение, осуществляющее проверку степени валидности результатов дешифрирования аэрокосмических снимков в соответствии заданными требованиями.

Поскольку автоматизированная обработка изображений производится на компьютерной технике с использованием специализированного программного обеспечения, необходимо представление аэрокосмической информации в виде цифровых изображений. Наиболее часто цифровые изображения представляются в виде двумерных массивов чисел. Такая форма представления называется «растровой». Каждое из чисел этих массивов является минимальным элементом цифрового изображения и называется пикселем. Каждый пиксель цифрового изображения кодируется однобайтовым или трехбайтовым числом. Однобайтовые растровые изображения используются для представления черно-белых изображений. Для цветных изображений обычно используют формат три байта на пиксель — по одному байту на каждый из трех основных цветов.

Современные сканерные съемочные системы обеспечивают получение информации в виде цифровых изображений. Фотоснимки же для помещения их в цифровую систему обработки требуют предварительного преобразования их в цифровой формат. Это производится путем цифрового кодирования снимка с помощью специальных аналоговых преобразователей.

Большинство аэрокосмических сканерных съемок для целей исследования земной поверхности проводят в нескольких спектральных зонах. В этом случае на одну и ту же территорию формируется набор зональных цифровых изображений, получаемых отдельно для каждой зоны электромагнитного спектра. Аналогичным образом могут представляться цветные фотоснимки — при их сканировании могут быть получены три зональных цифровых изображения. В результате многозональные и цветные цифровые изображения формируются в виде наборов растровых слоев, существующих либо в отдельных файлах, либо сопряженных в оном файле.

Так как в работе необходимо проверить качество дешифрирования изображений, можно разработать программу, которая рассчитывает разницу двух пиксельных изображений.

Проверка и тестирование созданного программного обеспечения проводились с помощью космических снимков леса Щелковского учебно-опытного лесхоза МГУЛ (Московского государственного университета леса), предоставленных Научным Центром Оперативного Мониторинга Земли (НЦ ОМЗ).

Разработанная на языке Delphi программа позволяет обрабатывать полученные снимки и по определенным критериям выдавать полученный результат (Рис. 1).

Рис. 1. Сравнение полученной тематической карты с эталонной тематической картой местности

При выборе типа интерфейса следует обратить внимание на то, что пользователю придётся работать с изображениями. Поэтому выбор графического интерфейса очевиден. Интерфейс должен позволять отображать изображение, с которым работает пользователь, целиком или его часть. Также на экране должны быть представлены результаты работы программы в понятной пользователю форме. Интерфейс в целом должен быть эргономичным, интуитивно понятным пользователю.

В целом удалось добиться высоких и точных результатов валидации дешифрирования аэрокосмических снимков, полученных с КА «Ресурс-П», для задач дистанционного зондирования Земли.

Программное обеспечение удовлетворяет следующим требованием:

 Удобство и простота работы пользователей в ней;

 Ориентированность на неподготовленного и необученного пользователя;

 Унифицированный интерфейс.

Программное обеспечение включает:

 Главное окно программы;

 Основное меню;

 Окно загрузки изображений (эталонный снимок и сравниваемый снимок)

 Оценка степени валидности результатов по выставленным критериям;

 Просмотр выходного отчета и отличительных участков двух изображений.

Литература:

  1. Сухих В. И. Аэрокосмические методы в лесном хозяйстве и ландшафтном строительстве. — Йошкар-Ола: МарГТУ, 2005. — 392 с.
  2. Санаев В. Г., Степанов И. М., Запруднов В. И., Панферов В. И., Галкин Ю. С., Бурков В. Г. Ускоренное инновационное развитие технологий аэрокосмического мониторинга леса средствами Российской космической системы ДЗЗ и вывод их на лидирующие позиции в мире // Вестник Московского государственного университета леса. — Мытищи: Лесной вестник, 2012. — С. 38–45.
  3. Сайт научного центра оперативного мониторинга земли (НЦ ОМЗ) //. URL: http://www.ntsomz.ru (дата обращения: 20.02.2016).

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle