Диссертация (1137226), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Библиография включает 166 наименований на 20 страницах.Краткая характеристика содержания работы.Диссертация включает в себя три главы.Глава 1.Описаны подходы к моделированию характеристик поверхностиЗемли путём представления в виде данных дистанционного зондирования. Кратко изложены научные и инженерные основы получения космических изображений, основные методы их получения, проведён их анализ и выбор источниковданных, наиболее подходящих для достижения поставленных целей.Глава 2.Составлен обзор основных численных методов предварительнойобработки космических изображений, применяемые для повышения их качестваи приведения к удобному для тематической обработки виду.
Описаны разработанные методы предварительной обработки данных ДЗЗ в векторной и растровой формах, разработанные в рамках данной работы:∙Вычислительный метод повышения пространственного разрешения косми15ческих изображений с использованием векторной модели представленияаприорной информации;∙Метод индексации данных в векторной модели для совместной обработкис данными в растровой геопривязанной форме;∙Эффективный алгоритм для получения пересечения, объединения, разности объектов векторной модели данных в виде многоугольников приработе с большими объёмами данных.Глава 3.Проведен обзор современных статистических методов, применяемых для сегментации космических изображений, классификации типов подстилающей поверхности и выделения площадных и линейных объектов. Описаныразработанные в рамках данной работы методы и алгоритмы:∙Численный метод обработки космических изображений для выделениявыгоревших территорий;∙Численный метод обнаружения транспортных средств на цветных аэрокосмических изображениях сверхвысокого разрешения.16Глава 1Данные дистанционного зондирования Земликак основа для развития модельныхпредставления и алгоритмов распознаванияприродных и антропогенных объектовДистанционное зондирование Земли — один из основных методов изучения свойств и эволюции поверхности Земли.
Для эффективного примененияданных дистанционного зондирования в прикладных задачах необходимо учитывать свойства, особенности и область применимости исходных данных. Поэтому для решения любых задач с применением ДЗЗ требуется, в первую очередь,изучить характеристики современных средств дистанционного зондированияЗемли из космоса, а также рассмотреть возможности архивных данных, полученных в прошлом, в том числе уже выведенной из эксплуатации аппаратурой,но могут быть использованы для исследования параметров земной поверхностии атмосферы за длительный период времени. Основным методом получения информации о Земле без контакта с изучаемыми объектами является регистрацияотражённого или излучаемого электромагнитного излучения [36].1.1.
Источники электромагнитного излученияОсновным источником электромагнитного излучения для нашей планетыявляется Солнце. Большая часть регистрируемого света Земли является отражённым солнечным светом и, сравнивая характеристики отражённого света сизлучением светила, можно изучать отражающие характеристики поверхностиЗемли. В частности, большая часть способов изучения растительного покроваоснованы на свойстве зеленой растительности отражать излучение в ближнем17инфракрасном диапазоне. Также используется собственное излучение Земли,представленное, в основном, тепловым излучением в инфракрасном диапазоне[129], и регистрация отраженного излучения, испущенного искусственным источником, связанным с регистрирующим прибором (активный метод), что применяется, как правило, в диапазоне радиоволн [72].Таблица 1.1 – Основные спектральные диапазоны и их краткая характеристикаДлина волны10 — 400 нм400 — 740 нм740 нм — 1000 мкм1 мм — 1 мНазваниеОбъект изученияУльтрафиолетовый (УФ, Береговая линия, атмосфераUV)Видимый светПоверхности суши и океанаИнфракрасный (ИК, IR) Растительность, тепловые аномалии, картытемпературыМикроволновое излуче Рельеф поверхностиние (СВЧ)1.1.1.
Излучение СолнцаСолнце производит тепловое излучение, соответствующее температуре6600 ,спектр которого имеет максимум в районе видимого света (560 нм). Спектр излучения Солнца изображен на рис. 1.1.Рисунок 1.1 – Спектр излучения солнца, регистрируемый за пределами атмосферы и наповерхности Земли18Солнце является основным источником электромагнитного излучения вразличных диапазонах, используемого для дистанционного зондирования Земли. Отраженный от поверхности солнечный свет используется для восстановления спектральных характеристик поверхности, обнаружения различных объектов и изучения их свойств в целях картографии, экологического мониторинга,геологии и других областях [141].1.1.2.
Собственное излучение ЗемлиПоверхность Земли в норме имеет температуру в пределах200 − 350К,чему соответствует максимум собственного теплового излучения в диапазоне8 − 14до100мкм [50]. При этом99%мощности излучения имеет длину волны отмкм [129]. Также важно собственное излучение атмосферы и облачного покрова. Используя приборы в диапазоне3−548 − 14мкм, а также в диапазонемкм при ночной съемке, когда отсутствует отраженное солнечное излучение, можно изучать собственное тепловое излучение поверхности суши, воды,а также атмосферы, получая данные о температуре. Такое излучение используются для исследования погоды и климата, экологического мониторинга, в томчисле исследований глобального потепления, исследования глобального энергетического баланса Земли [162], а также для исследования и предсказаниявулканической деятельности и землетрясений [131].Кроме того, собственное излучение в диапазоне около1мкм свидетельствует о тепловой аномалии — значительном превышении нормальной температуры, что может свидетельствовать о природном пожаре, извержении вулкана,или интенсивной антропогенной активности [128].1.1.3.
Спектральные свойства атмосферыИзучение атмосферы, которая в меньшей степени отражает излучение,возможно благодаря поглощению и рассеянию в ней электромагнитных волн19в определенных диапазонах, зависящему от состояния атмосферы, содержанияразличных газов и аэрозолей.Важное значение имеет спектр поглощения атмосферы, влияющий на прохождение волн той или иной длины до поверхности Земли и обратно, до аппаратуры ДЗЗ.
Области спектра, в которых поглощение минимально, называются окнами прозрачности атмосферы, именно в этих диапазонах возможноизучение поверхности суши и океана из космоса. Спектр поглощения атмосферы представлен на рис. 1.2.Рисунок 1.2 – Доля пропускаемого атмосферой излучения в зависимости от длины волны[50].При этом для изучения Земли из Космоса применяются различные более узкие диапазоны, обладающие необходимыми свойствами. Эти диапазонысвязаны с возможностями источников излучений, с пропускающими свойствами атмосферы и выбраны для представления спектральных свойств объектов,подлежащих изучению.
Они перечислены, вместе с важнейшими характеристиками, в таблице 1.2 [28].1.2. Регистрация и обработка данных дистанционногозондированияДанные ДЗЗ получаются, как правило, регистрацией электромагнитногоизлучения, отраженного или излучённого определёнными участками поверхности Земли. Хранение и представление данных, полученных таким образом,20Таблица 1.2 – Спектральные каналы, использующиеся в дистанционном зондировании Земли450-510 нм450-510 нм510-580 нм630-690 нмСинийСинийЗеленыйКрасныйБереговая линия, атмосфераФотографии в естественных цветахФотографии в естественных цветахФотографии в естественных цветах, растительность780-960 нм Ближний инфракрасный Растительность(NIR)780-960 нм Ближний инфракрасный Растительность(NIR)740нм - 1.4 ближний инфракрасный Растительность, уголь, поверхнсть Землимкм(NIR)1.4 - 3 мкм коротковолновый инфра Влажность почв, геологиякрасный (SWIR)3-8 мкмсредневолновый инфра тепловые аномалиикрасный (MWIR)8-15 мкмдлинноволновый инфра температура Земли, океана, атмосферыкрасный (LWIR)естественным образом осуществляется в растровом виде.
Результаты обработки данных дистанционного зондирования могут быть представлены в различных формах, среди которых важно отметить векторный формат представленияпространственных данных, позволяющий компактно описывать геометрическиеобъекты.1.2.1. Растровая модель представления данныхРастровый формат данных представляет распределённые по площади данные в виде матрицы или набора матриц, каждая ячейка которых является значением некоторого свойства на соответствующем участке площади.
Также растровое изображение удобно представлять в виде функции яркостиI(, )I : (1, ..., ) × (1, ..., ) → (1, ..., ) , , , , ∈ N,где, —размеры изображения, — наибольшее значение яркости, (1.1)— количество каналов (слоёв) изображения. Одна точка, характеризующаяся строкойи столбцомназывается пикселем (pixel, от англ. picture element).При регистрации пикселя изображения прибором оптический сенсор регистрирует весь поток электромагнитного излучения в соответствующем диапа21зоне частот, приходящий на него с некоторого телесного угла, обусловленногооптической системой. При дистанционном зондировании Земли он соответствует некоторому участку поверхности Земли. Таким образом, значение яркости,хранимое в пикселе, представляет собой усредненное значение по соответствующей ему площади.
Возможны различные методы суммирования отсчётов оптических сенсоров, зависящие от их формы и расположения, конфигурацииоптической системы прибора [160].1.2.2. Характеристики космических изображенийКосмические изображения характеризуются пространственным, спектральным, временным и радиометрическим разрешением.Пространственное разрешение характеризует размер области на поверхности Земли, представляемой одним пикселем изображения, чем выше разрешение — тем меньше размер области.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
