Автореферат (Методика коррекции данных дистанционного зондирования в задаче интерпретации результатов космической съёмки в интересах оценки перспектив нефтегазоносности локальных геологических структур)

На правах рукописиУДК 528.88Емельянов Андрей АлександровичМЕТОДИКА КОРРЕКЦИИ ДАННЫХДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ В ЗАДАЧЕИНТЕРПРЕТАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ КОСМИЧЕСКОЙСЪЁМКИ В ИНТЕРЕСАХ ОЦЕНКИ ПЕРСПЕКТИВНЕФТЕГАЗОНОСНОСТИ ЛОКАЛЬНЫХГЕОЛОГИЧЕСКИХ СТРУКТУРСпециальность 05.13.01Системный анализ, управление и обработка информации(авиационная и ракетно-космическая техника)АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание учѐной степеникандидата технических наукМОСКВА2013Работа выполнена на кафедре «Системный анализ и управление» Федеральногогосударственногобюджетногообразовательногоучреждениявысшегопрофессиональногообразования«Московскийавиационныйинститут(национальный исследовательский университет, МАИ)»Научный руководитель:Райкунов Геннадий Геннадьевич, доктор техническихнаук, профессор, генеральный директор Федеральногогосударственного унитарного предприятия «Центральный научно-исследовательский институт машиностроения»Официальныеоппоненты:Боярчук Кирилл Александрович, доктор физикоматематических наук, генеральный директорОткрытого акционерного общества «Научноисследовательский институт электромеханики»Глазкова Инесса Анатольевна, кандидат техническихнаук, заместитель генерального директорапо информационным системам Федеральногогосударственного унитарного предприятия«Государственный космический научнопроизводственный центр имени М.В.Хруничева»Ведущая организация:Федеральное государственное унитарное предприятие«Государственный научно-производственный ракетнокосмический центр «ЦСКБ-Прогресс»Защита состоится«30» апреля 2013 г.

в 14-00 часов на заседаниидиссертационного совета Д 212.125.12 в Федеральном государственномбюджетном образовательном учреждении высшего профессиональногообразования «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет, МАИ)» по адресу:125993, г. Москва, A-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д. 4.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федеральногогосударственногобюджетногообразовательногоучреждениявысшегопрофессиональногообразования«Московскийавиационныйинститут(национальный исследовательский университет, МАИ)» по адресу:125993, г. Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д.4.Автореферат разослан « 29 » марта 2013 г.Отзывы, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 125993, г.

Москва,А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д.4, Ученый совет МАИУченый секретарь диссертационного советаД 212.125.12, к.т.н., доцент2В.В.ДарнопыхОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫВ условиях растущей потребности в минерально-сырьевой продукцииособенно остро стоит вопрос о восполнении разведанных запасов углеводородов, что требует проведения больших объѐмов геологоразведочных работ наогромных территориях. Наиболее рациональное решение данной задачи лежитв плоскости использования методов и технологий дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), что позволяет существенно снизить временные и материальные затраты на проведение геологоразведочных работ на нефть и газ.Актуальность темы. Комплексное использование данных космическойсъѐмки совместно с традиционными поисковыми и геологоразведочными методами для решения задач прогноза нефтегазоносности является активно развиваемым направлением исследований.

Современные методы решения задачиинтерпретации данных ДЗЗ в интересах оценки перспектив нефтегазоносностиучастков недр и локальных структур неразрывно связаны с методами классификации объектов по совокупности спектрорадиометрических данных.Специфика задачи интерпретации данных ДЗЗ проявляется в зависимостиих качества и информативности от влияния целого ряда процессов естественного и технического происхождения, нередко обуславливающих невозможность единовременного покрытия изучаемого участка одной сценой съѐмки. Врезультате набор данных по изучаемой площади может быть получен в различное время и в различных условиях проведения съѐмки, а также различнойрегистрирующей целевой аппаратурой (ЦА) с различных космических аппаратов (КА).

Данная ситуация определяет новую постановку задачи классификации, при которой спектральная информация по эталонным объектам (обучающей выборке (ОВ)) и по распознаваемым объектам (РО) соответствует различным физико-техническим условиям проведения съѐмки.Существующие на сегодняшний день подходы к решению природоресурсных задач на основе методов классификации с обучением не учитываютданную ситуацию при формировании признакового пространства, что зачастую приводит к получению неудовлетворительных результатов.

Вместе с тем,предлагаемые различными авторами статистические методы адаптации к условиям несогласованности данных ОВ и РО позволяют некоторым образом нивелировать возникающие ошибки, но при этом обладают существенными ограничениями, связанными с размером ОВ. Специфика данных задач такженакладывает ограничения на использование известных методов фотометрического выравнивания, которые во многих случаях приводят к потере измерительных спектрорадиометрических свойств космической информации.Таким образом, диссертационная работа посвящена решению актуальнойтехнической задачи повышения достоверности результатов интерпретацииданных ДЗЗ в интересах оценки перспектив нефтегазоносности локальных геологических структур и участков недр.

В основу диссертации положены полученные автором результаты в процессе выполнения научно-исследовательскихи прикладных работ в области методов обработки данных ДЗЗ и их использования для решения природоресурсных задач в рамках контрактов с ведущимиотечественными разработчиками КА ДЗЗ и недропользователями в период2004-2009 гг.3Цель работы – разработка методики коррекции данных ДЗЗ для решениязадачи классификации в условиях физической и технической несогласованности данных по обучающей выборке и распознаваемым объектам.

Для достижения указанной цели решаются следующие научно-технические задачи: исследуется возможность использования традиционной схемы решениязадачи классификации с обучением по данным космической съѐмки, проведѐнной в различных условиях; разрабатывается модель оценки условий освещѐнности местности; разрабатывается методика коррекции данных ДЗЗ на предмет учѐта условий проведения съѐмки; разрабатывается программный комплекс, реализующий предложеннуюметодику; с использованием разработанного программного комплекса проводитсяоценка качества решения задач классификации для случая использованияданных космической съѐмки, полученных в различных условиях.Объектом исследования являются методы поддержки принятия решенийотносительно нефтегазоносного потенциала геологических структур, вырабатываемых на основе анализа данных космической съѐмки.Предметом исследования выступает методика коррекции полученных вразличных условиях съѐмки данных ДЗЗ по распознаваемым и эталонным объектам на примере информации с КА серии Landsat (аппаратура TM, ETM+).Методы исследования.

В работе использованы методы, основанные назаконах физики излучения, элементах прикладной астрономии, методы теориивероятностей, математической статистики, математического моделирования,обработки геопространственных данных, а также методы объектноориентированного программирования, учитывающие свойства многозадачности операционных систем семейства MS Windows.Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:1) предложена модифицированная схема решения задачи классификации собучением, адаптированная к использованию данных космической съѐмки,полученных в различных физико-технических условиях;2) разработана методика коррекции данных космической съѐмки на предметучѐта характеристик целевой аппаратуры, освещѐнности подстилающей поверхности с учѐтом рельефа местности и параметров пропускания атмосферы;3) разработан комплекс алгоритмов, обеспечивающих реализацию методикикоррекции данных космической съѐмки: алгоритм оценки условий освещѐнности произвольного участка земнойповерхности в момент проведения съѐмки с учѐтом рельефа местности; алгоритм радиометрической калибровки данных космической съѐмки ссинхронным внесением поправок, связанных с условиями освещѐнностиподстилающей поверхности и пропускания атмосферы;4) создан программный комплекс, построенный на принципах объектноориентированного программирования, реализующий перечисленные алгоритмы и позволяющий выполнять коррекцию данных космической съѐмки, а так4же формирование компонентов векторов признаков ОВ и РО.Достоверность результатов, полученных в диссертационной работе,подтверждается физической и математической обоснованностью, адекватностью моделей, применяемых в методике коррекции данных космической съѐмки, использованием апробированного математического аппарата, результатамиобработки большого объѐма данных съѐмки на примере решения задачи оценки перспектив нефтегазоносности геологических структур Тимано-Печорскойнефтегазоносной провинции и их последующего сопоставления с данными поранее разведанным месторождениям.Практическая значимость заключается в том, что разработанная методика позволяет повысить достоверность результатов интерпретации данныхДЗЗ в интересах оценки перспектив нефтегазоносности локальных геологических структур на основе использования аппарата классификации с обучением всреднем на 15%.

Разработанная методика и реализующие еѐ алгоритмы носятобобщѐнный характер и могут быть использованы для обработки данных сбольшинства современных отечественных и зарубежных КА ДЗЗ в интересахрешения широкого спектра задач, связанных с оценкой спектрорадиометрических характеристик и распознаванием объектов подстилающей поверхности.Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работыиспользованы в практической деятельности ООО «Газпром ВНИИГАЗ», в работах ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» по созданию КК «Ресурс-П» и практической деятельности ФГУП ЦНИИмаш при выполнении комплексных НИР,что подтверждено соответствующими актами о внедрении.На защиту выносятся следующие основные положения:1.

Модифицированная схема решения задачи классификации с обучением, адаптированная к использованию полученных в различных физикотехнических условиях данных космической съѐмки объектов ОВ и РО;2. Методика коррекции данных космической съѐмки на этапе их радиометрической калибровки;3. Комплекс алгоритмов, составляющих основу методики коррекцииданных съѐмки;4. Программный комплекс, реализующий предложенную методику;5.