Автореферат (1137225)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Общая характеристика работыАктуальность темы исследования.ЗемлиДистанционноезондирование(ДЗЗ) — комплекс методов получения информации о поверхности су­ши и водоёмов, а также различных слоёв атмосферы, с помощью различнойсъёмочной аппаратуры, удалённой от предмета наблюдения, в частности, рас­положенной на авиационных и космических носителях. Дистанционное зонди­рование включает в себя получение информации о литосфере, геологическойструктуре Земли, покрытии земной поверхности, в том числе растительномпокрове и антропогенных объектах, климате и состоянии атмосферы.Научная и практическая значимость информации, получаемой метода­ми дистанционного зондирования Земли очень высока. С помощью такихданных производится мониторинг стихийных бедствий и катастроф, иссле­дование климата, картографирование, наблюдение за состоянием атмосферыи мирового океана, и другие исследования.

Получением космических данныхДЗЗ занимаются много организаций, осуществляющих запуск искусственныхспутников Земли, в первую очередь — крупнейшие государственные косми­ческие агентства Роскосмос (Россия), NASA (США), ESA (Европа), а такжечастные компании Digital Globe (США), SPOT Image (Франция). Аэрофо­тосъёмка доступна большему числу организаций и частных лиц, она можетпроводиться с самолётов, вертолётов и беспилотных летательных аппаратов.По сравнению с космической съёмкой, такие данные, как правило, обладаютболее высоким пространственным разрешением, но меньшей зоной покрытия.Совершенствование методов обработки космических изображений позво­ляет извлекать из них в том числе информацию, недоступную при визуальномнаблюдении.

В настоящее время большая часть предварительной и тематиче­ской обработки данных дистанционного зондирования Земли выполняется вавтоматическом или автоматизированном режиме.Степень разработанности темы.Задачами автоматической обработ­ки аэрокосмических изображений занимаются многие научные организации вРоссии и за рубежом, включая организации-операторы космических аппара­тов, институты, занимающиеся дистанционным зондированием Земли и аэро­фотосъёмкой, а также организации, исследующие общие вопросы обработки3и распознавания изображений.В области обработки космических изображений продолжают существо­вать и появляться новые задачи, требующие решения.

Это связано с посто­янным развитием технических средств получения данных (спутников, аппа­ратуры аэрофотосъёмки) и обработки данных (вычислительные системы).Задачи распознавания и идентификации различных объектов на аэро­космическом изображении важны в различных областях применения данныхДЗЗ: картографировании урбанизированных и природных территорий, по­иске и идентификации объектов промышленности, зданий, распознавание,оценка и прогнозирование состояния объектов почвенно-растительного покро­ва, обнаружении и оценке последствий природных и техногенных катастроф.Для решения этих задач применяются различные методы тематический обра­ботки данных дистанционного зондирования, относящиеся к интеллектуаль­ному анализу данных и обработке изображений.Также важной является предварительная обработка данных ДЗЗ дляулучшения их качества и, как следствие, улучшения результата тематическойобработки, а также ускорения работы и уменьшения вычислительной слож­ности. Векторная модель представления данных ДЗЗ позволяет компактнопредставлять точечные, протяжённые и площадные объекты, и требует осо­бых методов и алгоритмов для совместной обработки с данными в растровойформе для наиболее эффективного извлечения информации.Цели и задачи диссертационной работы:ны следующиеВ работе были поставле­цели:∙ Создать численные методы и алгоритмы предварительной обработкиданных дистанционного зондирования с применением векторной моде­ли представления данных, позволяющие улучшить возможности распо­знавания объектов на аэрокосмических изображениях;∙ Создать численные методы и алгоритмы тематической обработки кос­мических изображений, позволяющие в автоматическом режиме распо­знавать природные и антропогенные объекты на аэрокосмических изоб­ражениях;∙ Исследовать созданные методы и алгоритмы путём проведения вычис­4лительных экспериментов.Для достижения поставленных целей были решены следующие задачи:∙ Исследование возможностей данных дистанционного зондирования Зем­ли и подходов к их обработке;∙ Разработка метода индексации данных в векторной модели для совмест­ной обработки с растровыми данными;∙ Разработка метода повышения пространственного разрешения космиче­ских изображений с использованием векторной модели представленияаприорной информации;∙ Разработка эффективного алгоритма получения объединения, пересе­чения, разности полигонов при работе с данными большого объёма;∙ Разработка численных методов распознавания объектов на аэрокосми­ческих изображениях;∙ Реализация разработанных алгоритмов в виде научного программногообеспечения для проведения вычислительных экспериментов и практи­ческого применения.Научная новизнадиссертационной работы состоит в следующем:1.

Предложен новый численный метод пространственной индексации дан­ных векторной модели, представленных в виде полигонов;2. Предложен вычислительный метод повышения пространственного раз­решения космических изображений с использованием векторной моделипредставления априорной картографической информации;3. Реализован алгоритм, позволяющий производить операции пересече­ния, объединения и разности над полигонами при работе с большимиобъёмами данных;4. Разработаны новые численные методы распознавания объектов на аэро­космических изображениях, а именно метод обнаружения транспорт­ных средств на цветных аэрокосмических изображениях сверхвысокого5разрешения и метод обработки космических изображений для выделе­ния выгоревших территорий;5. Разработанные методы исследованы путём численных экспериментов сприменением реальных данных дистанционного зондирования.Теоретическая и практическая значимость.Теоретическая значи­мость работы состоит в разработке и апробации новых методов обработкикосмических изображений.

Методы были представлены на всероссийсиких имеждународных конференциях и опубликованы в рецензируемых научныхжурналах.Практическая значимость работы состоит в возможности использованияразработанных методов и алгоритмов в практических задачах обработки дан­ных дистанционного зондирования Земли.Разработанные методы и алгоритмы реализованы в программном обеспе­чении макета аппаратно-программного комплекса для мониторинга и прогно­зирования эмиссий вредных примесей в атмосферу при лесных и торфяныхпожарах в НИИ «АЭРОКОСМОС» в рамках НИР «Проблемно – ориентиро­ванные поисковые исследования в области разработки космических методови технологий мониторинга и прогнозирования эмиссий вредных примесей ватмосферу при лесных и торфяных пожарах» (проект 16.515.11.5028).Методы исследования.Всесторонне применялись численные и стати­стические методы обработки изображений.

При изучении и разработке мето­дов распознавания объектов на аэрокосмических изображениях применялисьстатистические методы классификации и анализа данных, такие как метод -средних, методы иерархической кластеризации, метод байесовской класси­фикации, метод главных компонент. При разработке и изучении методов по­вышения пространственного разрешения изображений применялись методыбикубической интерполяции, фильтр Ланцоша, преобразование Фурье. Приразработке и изучении метода пространственной индексации применялисьчисленные методы иерархической индексации.Положения, выносимые на защиту.∙ Исследованы модельные представления о Земле на основе данных ди­станционного зондирования Земли и методы, применяемые для обра­6ботки данных;∙ Разработан комплекс численных методов совместной обработки данныхдистанционного зондирования в векторной и растровой моделях, вклю­чающий метод индексации данных в векторной модели для ускорениясовместной обработки, метод повышения пространственного разреше­ния изображений ДЗЗ, использующий векторную модель представле­ния априорной информации;∙ Разработаны численные методы распознавания природных и антропо­генных объектов на аэрокосмических изображениях, а именно — методвыделения выгоревших территорий и метод распознавания автомоби­лей.∙ Разработанные методы реализованы в виде приложений и исследова­ны путём численных экспериментов с применением реальных данныхдистанционного зондирования.Апробация работы.Основные результаты диссертации докладыва­лись на следующих конференциях:∙ Десятая всероссийская открытая ежегодная конференция "Современ­ные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса Москва,12-16 ноября 2012 г.;∙ 11th International Conference «PATTERN RECOGNITION andIMAGE ANALYSIS: NEW INFORMARION TECHNOLOGIES», Самара,23-28 сентября 2013 г.;∙ 17-я Всероссийская конференция «Математические методы распознава­ния образов», Светлогорск, 19-25 сентября 2015 г.Достоверностьполученных выводов подтверждается использованиемточных математических методов для аналитических расчетов, и проведениемчисленных экспериментов для сравнения разработанных методов с традици­онными.7Публикации.Материалы диссертации опубликованы в 6 печатных ра­ботах в рецензируемых научных журналах и материалах конференций, изних 3 статьи в журналах из перечня ВАК, 2 статьи в журналах, индексируе­мых в SCOPUS, 1 - в журнале, индексируемом в Web of Science; получено 3свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ.Личный вклад автора.Все представленные в диссертации результатыполучены лично автором.Содержание диссертации и основные положения, выносимые на защиту,отражают полученные результаты и персональный вклад автора в опублико­ванные работы.Подготовка к публикации полученных результатов проводилась совмест­но с соавторами, причем вклад диссертанта в работах [1, 2, 6–8] был определя­ющим и включал в себя как разработку метода и алгоритма, так и их реали­зацию, в работах [3–5, 9] вклад автора заключался в разработке алгоритмови проведении вычислительных экспериментов.Апробация результатов исследования на конференциях проводилась ав­тором лично.Структура и объём диссертации.Диссертация состоит из введе­ния, трёх глав, заключения и библиографии.

Общий объём диссертации 131страница из них 106 страниц текста, включая 24 рисунка и 10 таблиц. Биб­лиография включает 166 наименований на 19 страницах.Диссертация представляется по специальности 05.13.18 «Математиче­ское моделирование, численные методы и комплексы программ» и соответ­ствует пунктам 3.«Разработка, обоснование и тестирование эффективных вы­числительных методов с применением современных компьютерных техноло­гий», 4.«Реализация эффективных численных методов и алгоритмов в видекомплексов проблемно-ориентированных программ для проведения вычисли­тельного эксперимента», 5.«Комплексные исследования научных и техниче­ских проблем с применением современной технологии математического моде­лирования и вычислительного эксперимента».8Содержание работыВо Введенииобоснована актуальность диссертационной работы, сфор­мулирована цель и аргументирована научная новизна исследований, показанапрактическая значимость полученных результатов, представлены выносимыена защиту научные положения.В первой главерассмотрена предметная область, описаны особенностиполучения и обработки данных дистанционного зондирования, описаны отли­чия космических изображений, векторная модель представления данных.Аппаратура, установленная на космических и летательных аппаратах,регистрирует, как правило, отражённое от поверхности Земли излучение Солн­ца, или собственное тепловое излучение Земли в инфракрасном диапазоне.Хранение и представление данных, полученных таким образом, естественнымобразом осуществляется в растровом виде.Растровый формат данных представляет распределённые по площадиданные в виде матрицы или набора матриц, каждая ячейка которых являетсязначением некоторого свойства на соответствующем участке площади.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации