Информационные технологии обработки данных дистанционного зондирования земли тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Юронен, Юрий Павлович

• Юронен, Юрий Павлович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Юронен, Юрий Павлович

Введение.

Глава 1 Обзор существующих систем и методов мониторинга природной среды на основе материалов ДЗЗ.

1.1 Передача данных.

1.3 Системы мониторинга природных ресурсов использующие данные ДЗЗ

Глава 2 Методики обработки данных ДЗЗ и программные комплексы.

2.1 Методики обработки материалов ДЗЗ.

2.1.1 Радиометрическая коррекция изображения.

2.1.2 Геометрическая коррекция изображения.

2.1.3 Классификация изображений.

2.2 Пакеты прикладных программ по обработке данных ДЗЗ.

2.2.1 Обработка с помощью пакета ERDAS Img.

2.2.2 Обработка с помощью пакета Scanex NeRis.

2.3. Геоинформационные системы и технологии.

2.3.1. Особенности организации данных в ГИС.

2.3.2 Координатные данные.

2.3.3. Атрибутивные данные.67

2.4 Графическая среда ГИС.

2.5 Програмное обеспечение ГИС.

2.5.1. Инструментальная система Arc/Info.

2.5.2 Программный продукт Arc View.

Глава 3 Состав и структура комплекса мониторинга и оценки экономических последствий нарушений природной среды.

Глава 4 Ведение мониторинга природных ресурсов Красноярского края на основе материалов ДЗЗ в ИАСП «Кадастр природных ресурсов Красноярского края».

4.1 Организация приема данных ДЗЗ и ведение архива.

4.2 Методология ГИС системы «Горимость лесов Красноярского края».

4.3 Выделение участков растительности поврежденной в следствии пожаров и насекомых вредителей леса, и экономическая оценка последствий нарушений.

4.4 Технология контроля за лесопользователями.

4.5 Ведение баз данных в ИАСП.

Основные результаты диссертационной работы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Информационные технологии обработки данных дистанционного зондирования земли»

Актуальность работы. В настоящее время в России, в частности в Красноярском крае, наиболее сложные проблемы оперативного управления природными ресурсами обусловлены процессами природопользования, экологии а также происходящими катастрофическими явлениями природного и техногенного характера. Последние происходят регулярно, как один из элементов эволюции биосферы и приносят ежегодно огромный экономический ущерб. На территории региона работают сотни крупных и средних предприятий горнодобывающей, лесной и др. промышленностей, а также тысячи «неучтенных» природопользователей. В ближайшие годы планируется развитие топливно-энергетического комплекса (нефть, газ, уголь, торф, гидроэнергетика), горных предприятий, лесоперерабатывающих комплексов и связанной с ними инфраструктуры (нефтегазопроводы, линии электропередач, железные дороги, водохранилища и т.д.). В связи с этим, экологические проблемы техногенного характера будут нарастать (Красноярск и Норильск давно входят в десятку самых «грязных» городов страны). Необходимо учитывать, что в ближайшие 30-50 лет относительно высокий уровень жизни в регионе будет поддерживаться прежде всего за счет интенсивной эксплуатации природных ресурсов, с этим связаны высокий инвестиционный и ассимиляционный (экологический) потенциал региона, а значит, число и мощность негативных процессов, будут нарастать. Это предопределяет внедрение в практику управления природо-ресурсным потенциалом принципов и методов рационального природопользования на базе современных информационных технологий (в частности, быстрого и широкомасштабного внедрения современных систем мониторинга разрабатываемы на базе ГИС - технологий (ГИС - геоинформационные системы).

Специфические особенности Красноярского края такие как:

- большая территория (более 2.3 млн. км )

- крайне слабая заселенностью (менее 1.3 чел/км2) и освоенность;

- высокая лесистость территории (более 70%);

- наиболее освоенные центральные и южные территории относятся к зонам высокой сейсмичности (М5> 6);

- присутствие разнообразных источников радиационной опасности (ес тественного и техногенного происхождения);

- повсеместные проявления негативных процессов природопользования (например незаконные вырубки, нелицензированное недрапользование эти виды деятельности негативно отражаются на экологию и экономику края)

- природные катастрофы (пожары, наводнения, землетрясения и др.).

Приводят к тому, что традиционные методы мониторинга территорий оказываются малоэффективными и высоко затратными.

Для решения стоящих проблем управления территорией возникает необходимость в создании автоматизированной системы, которая реализует мониторинг за специфичными для региона природно-техногенными явлениями такими как лесные пожары, наводнения, контроль за лесопользователями и недрапользователями и др. В качестве технологической основы системы используется космический мониторинг, связанный с получением и обработкой данных ДЗЗ (дистанционное зондирование Земли).

Для поддержки принятия широкого круга управленческих решений в регионе, таких как: контроль за пожароопасностью, паводковой обстановкой, Лесоэнтомологический мониторинг, уровень загрязнения атмосферы, экологии природоохранных объектов, загрязнением снежного покрова, изменением рельефа и другими изменениями природной среды наиболее перспективно с применением материалов ДЗЗ и их интеграции в ГИС.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности системы мониторинга природных ресурсов по данным дистанционного зондирования Земли по Красноярскому краю. Исходя из цели исследования, определены основные задачи:

1. Разработка и внедрение технологии скоростной передачи данных.

2. Разработка и внедрение информационных технологий обработки материалов дистанционного зондирования для выделения лесных пожаров, проведения лесоэнтомологического мониторинга, контроля за лесопользователями.

3. Интеграция результатов дешифрирования и оцифровки материалов дистанционного зондирования в информационно аналитическую систему природопользования «Кадастр природных ресурсов Красноярского края», с целью автоматизированного получения количественных и экономических оценок нанесенного ущерба в следствии природных или антропогенных факторов.

Методы исследования базируются на теории передачи информации, теории обработки сигналов, теории управления, методах анализа данных дистанционного зондирования Земли, современных ГИС-технологиях и связанных с ними базами данных.

Научная новизна решения поставленных задач заключается в следующем:

1. Впервые построена система алгоритмов согласования удаленных специальных сетей, что позволило сократить время приема и обработки информации данных дистанционного зондирования Земли.

2. На основе построенной системы алгоритмов разработаны информационные технологии автоматизированной обработки материалов ДЗЗ для выделения лесных пожаров, контроля за распространением лесопатологии, контроля за лесопользователями.

3. Разработана технология интеграции результатов тематического дешифрирования и оцифровки материалов дистанционного зондирования Земли в информационно аналитическую систему природопользования «Кадастр природных ресурсов Красноярского края».

4. Разработана информационная технология получения количественных и стоимостных оценок ущерба от лесных пожаров, развития лесопатологии, незаконного лесопользования.

Обоснованность и достоверность полученных результатов подтверждены актом о внедрении системы в ИАСП «кадастр природных ресурсов Красноярского края», и отчетной документацией о проделанной работе которые находятся в настоящее время в «Росгеофонде», и Администрации Красноярского края.

Практическая ценность диссертации.

Предложенная в диссертационной работе информационная технология, позволяет в режиме реального времени проводить мониторинг природной среды и давать количественные и экономические показатели ее нарушения. На основе технологии разработан ГИС-проект «Горимость лесов Красноярского края», в котором помимо мониторинга пожаров производится оценка ущерба нанесенного природной среде.

Разработанные информационные технологии по контролю за состоянием природной среды могут широко использоваться Администрацией Красноярского края и другими заинтересованными в получении этой информации организациями и службами края в практике принятия административно-управленческих решений в различных сферах деятельности, связанных с природно-ресурсной базой региона, а также организациями, ответственными за ликвидацию последствий чрезвычайных ситуаций.

Практическая ценность результатов подтверждена внедрением информационной технологий в ИАСП «Кадастр природных ресурсов Красноярского края».

Реализация результатов работы.

Разработанные в диссертации методы и алгоритмы включены в ИАСП «Кадастр природных ресурсов Красноярского края», созданной на базе государственного предприятия Красноярского края «Красноярский научно-исследовательский институт геологии и минерального сырья» (ГПКК «КНИИГиМС»), заказчиком которой выступает агентство природопользования и лесной отрасли Администрации Красноярского края.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Международной конференции «Современные проблемы информационных технологий и космический мониторинг» (Ханты-Мансийск, 2001), I Международной конференции «Земля из космоса - наиболее перспективные решения» (Москва, 2003), II Международной конференции «Земля из космоса - наиболее перспективные решения» (Москва, 2005), IV конференции «Проблемы агропромышленного комплекса» (Паттайа (Тайланд), 2007).

Публикации. По тематике исследования опубликовано 12 печатных работ. Эти материалы отражают основное содержание диссертации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 55 названий. Содержание работы изложено на 127 страницах текста. В приложении приведены документы свидельст-вующие о практической реализации результатов исследований.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Юронен, Юрий Павлович

Основные результаты диссертационной работы

Разработана и внедрена скоростная система передачи данных от удаленной сети станции приема космической информации до конечного пользователя и потребителя информации что позволило существенно сократить время передачи и обработки данных дистанционного зондирования Земли.

Создана адаптированная база данных материалов ДЗЗ на основе internet/intranet технологий, позволяющая потребителям информации выбирать интересующие его материалы, по критериям, производя запросы с помощью WEB интерфейса и визуально оценивать качество выбранной информации.

Разработана и внедрена система автоматизированной технологии обнаружения лесных пожаров на территории Красноярского края и алгоритм выявления их площадных характеристик.

Создана автоматизированная система определения качественных и экономических оценок воздействия на лесной покров в следствии пожаров и рубок, а также система контроля за незаконными лесными рубками.

Разработана автоматизированная система наполнения результатами тематического дешифрирования картографических и табличных материалов ИАСП «кадастра природных ресурсов Красноярского края» с целью поддержки принятия решения при управлении природными территориями Красноярского края для нужд Администрации Красноярского края и служб связанных с контролем за использованием природных ресурсов и лицензирующих ведомств Красноярского края входящих в систему.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Юронен, Юрий Павлович, 2007 год

1. Адрианов В.Ю. // Англо-русский толковый словарь по геоинформатике М., Дата+, 2001. 122 с.

2. Аковецкий В.И. // Дешефрирование снимков. М.: 1983. 376 с.

3. Андреев М.В. Возможности организации отраслевого спутникового мониторинга / А.Ю. Дегай, Ю.С. Крашенинникова, Е.А. Лупян, A.A. Мазуров, P.P. Назиров, A.A. Прошин, Е.В. Флитман, Э.Э. Гербек, И.Г. Проценко // Рыбное хозяйство. Специальный выпуск.2001. с.35

4. Афонин C.B. Система космомониторинга лесных пожаров на территории Томской области./ Белов В.В., Гриднев Ю.В. // Оптика атмосферы и океана 2000. Т.13. N11. С.996-1004.

5. Баранов Ю.Б. Программное обеспечение для обработки спутниковых данных / Королев Ю.Л., Миллер A.C. // ГИС Ассоциация. Информационный бюллетень. 1997. N 2(9).

6. Барталев С.А. Разработка ГИС мониторинга лесных пожаров в России на основе ARCVIEW GIS 3.0 и глобальной сети INTERNET / Беляев

7. А.И., Ершов В.В., Зукерт Н.В., Коровин Г.Н., Кошелев В.В., Е.А. Jly-пян, Рыбникова Л.А., Сурикова Е.П., Шуляк П.П. //ARCREVIEW- современные геоинформационные технологии 1998 N 1 (4) с 6-7.

8. Бугаевский Л.М. Теория одиночных космических снимков. / Портнов A.M. // M., Недра, 1984, 280 с.

9. Ю.Бельчанский Г.И. Использование искусственных нейронных сетей для анализа спутниковых данных дистанционного зондирования./ Коробков Н.В. // Исследования Земли из космоса, № 4. 1998. с. 111-120.

10. П.Букчин М.А. Возможность создания и перспективы использования недорогих станций приема данных со спутников серии NOAA / Гершен-зон В.Е., Захаров М.Ю., Лупян Е.А., Плюснин И.А. // Исследование Земли из Космоса. 1992. N 6. С. 85-90.

11. Гарбук C.B. Космические системы дистанционного зондирования Земли. / Гершензон В.Е. // М.: Изд. А и Б. 1997. 296 с.

12. Даррер Г.А. // Математическое моделирование динамики лесных пожаров / Г.А. Даррер. М.: Лесная промышленность. 1979. 160 с.

13. Дейвис Ш. // Дистанционное зондирование: количественный подход. М.: Недра. 1983. 169 с.

14. Дистанционное зондирование в метеорологии, океанографии и гидрологии / Под ред. А.П. Креннелла'// М.: Мир, 1984. 536 с.

15. Ежков В.В. Эффективность использования космической информации в лесном хозяйстве / Метальников А.П., Исаев A.C., Сухих В.И., Кудрявцев B.C., Щетинский В Е. //Исследования Земли из космоса. 1986. N 3. С. 3-11.

16. Исаев A.C. Геоинформационные системы в прогнозировании и контроле массового размножения лесных насекомых / Киселев В.В., Калашников E.H., Плешиков В.П. и др. // Лесоведение, 1999, С. 20-25.

17. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. // М., Гидрометеоиздат, 1984. 560 с.

18. Кашкин В.Б. Автоматизированная обработка изображений Космические средства контроля окружающей среды. // Красноярск: ИПЦ КГТУ, 200. 243 с.

19. Книжников Ю.Ф. Аэрокосмические методы географических исследований. / Кравцова В.И., Тутобалина О.В. // М.: Академия, 2004. 334 с.

20. Кондратьев К.Я. Приоритеты глобальной экологии и задачи дистанционного зондирования окружающей среды и биосферы // Исследование Земли из космоса. 1991. N 5. С. 3-9.

21. Кондратьев К.Я. Современное состояние и перспективы дистанционного зондирования. 1. Глобальная система наблюдений // Исследование Земли из космоса. 1991. N6. С. 104-111.

22. Коровин Г.Н. Авиационная охрана лесов. / Андреев H.A. // М.: Агро-промиздат. 1988,220 с.

23. Космическая информация в геологии / Под ред. В.Г. Трифонова и др. // М.: Наука, 1983. 536 с.

24. Кошкарев A.B. Геоинформатика / Тикунов B.C. // под редакцией Д.В. Лисицкого. М., Картгеоцентр Геоиздат, 1993, 90 с.

25. Кронберг П. Дистанционное изучение Земли: Основы и методы дистанционных исследований в геологии. // М.: Мир, 1988. 343 с.

26. Лаврова Н.П. Аэрофотосъемка. Автоматизация аэрофотосъемочных процессов. / Алмазов И.В., Прилепский А.Н. // М., 1985. 185 с.

27. Лобанов А.Н. Автоматизация фотограмметрических процессов./ Жур-кинИ.Г.// М., 1980, 185 с.

28. Лупян Е.А. Универсальная технология построения систем хранения спутниковых данных / Мазуров A.A., P.P. Назиров, A.A. Прошин, Е.В. Флитман // Препринт ИКИ РАН. Пр-2024. М. 2000. 22 с.

29. Лурье И.К. дистанционное зондирование Земли и географические информационные системы. Теория и практика цифровой обработки изображений. / Косикова А.Г. // М., 2003.174 с.

30. Митчелл Э. Руководство по ГИС анализу. // Киев, ЗАО ЕСОММ Со; Стилос, 2000,198 с.

31. Нелепо Б.А. Спутниковая гидрофизика. Терехин Ю.В., Коснырев В.К., Хмыров Б.Е. // М.: Наука, 1983, 254 с.

32. Проценко И.Г. Информационная система мониторинга рыболовства. // Рыбное хозяйство. Специальный выпуск. 2001. с. 3-18.

33. Пузаченко М.Ю. ГИС-технологии в мониторинге биоразнообразия лесов. / Черненькова Т.В. // ARCREVIEW 2006 № 4 С.9-10.

34. Петухов C.B. Об алгоритме выделения контуров на аэрокосмических снимках земной поверхности. / Шаманов И.В., Гурвич П.М. // В кн.: Математические методы исследования природных ресурсов Земли из космоса. М.: Наука. 1984. С. 166-171.

35. ПрэттУ. Цифровая обработка изображений в 2-х томах // М.: Мир 1982. 790 с.

36. Сухинин А.И. Система космического мониторинга лесных пожаров в Красноярском крае. // Сибирский экологический журнал. 1996. Т.З. № 1. С.85-91.

37. Селиванов A.C. Региональная станция приема и обработки спутниковой информации. / Тучин Ю.М. // В сб. Дистанционное зондирование Земли и решение задач природопользования и экологии на федеральном и региональном уровнях. РКА ЦПИ Москва 1996. С. 69-71.

38. Трофимов A.M. Геоинформационные системы и проблемы управления окружающей средой. / Панасюк М.В. // Казань, издательство Казанского университета, 1984. 142 с.

39. Халугин Е.И. Цифровые карты. / Жалковский Е.А., Жданов Н.Д. // М., Недра, 1992,419 с.

40. Щетинский В.Е. Организация в СССР охраны лесов от пожаров // Международный. учебный, семинар ООН по практическому, применению данных ДЗ Земли в области лесного хоз-ва М. 1984. С. 9.

41. A Guide to Earth Observing Satellites. / National Remote Sensing Centre Limited. // United Kingdom. 193 p.

42. Baumgarther M.F. A low cost AVHRR receiving station for environmental studies / FugrerM. // 10th Annual International Geoscience @ Remote sensing symp. V.II. September 1990. P. 241-244.

43. Barnes, W. L. Prelaunch characteristics of the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) on EOS-AMI. / Pagano, T. S., & Salomonson, V. V. // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 1998, 36(4), 1088-1100.

44. Bartalev, S.A. A new SPOT4-VEGETATION derived land cover map of Northern Eurasia, / A.S. Belward, D. V. Erchov, and A. S. Isaev, // International Journal of Remote Sensing, Vol. 24, No. 9,1977 1982

45. Carpenter G.A. ART Neural Netvork for Remote Sensing: Vegetation classification from Landsat TM and terrain data. / Gjaja M.N., Gopal S., Woodcock C.E. // IEEE Trans. Geosci. And Rem. Sens. 1997. V. 35. №2. P.308-325.

46. ERDAS Field Guide.// Erdas inc. Atlanta Georgia 1997. 656 p.

47. ESO Reference Handbook // Goddard space Flight Center NASA. N 256697/20032. US, Washington: government printing office, 1990.153 p.

48. Folk M. An Introduction to HDF (Hierarchical Data Format) / HDF Groupe University of Illonois at Urbana Champaign 1997. 63 p.

49. Kidwell, K.B. NOAA polar data user's guide: NOAA NESDIS, // NCDC. 1988. 148 p

50. Justice C. 0. The MODIS Fire Products. Remote Sensing of Environment, / Giglio L., Korontzi S., Owens J., Morisette J. T., Roy, D., Descloitres J., Al-leaume S., Petitcolin F., and Kaufman Y. // 83(1-2), 244-262.

51. Earth Observing System Data Gateway: http://edcimswww.cr.usgs.gov/pub/imswelcome/plain.html

52. E. LoupianA Universal Technology for Development of Satellite Data Storage Systems / A. Mazurov, R. Nazirov, A. Proshin, E. Flitman // 4 International Symposium on "Reducing the Cost of Spacecraft Ground Systems and Operations", 2001.

53. Pease C.B. Satellite Imaging Instruments. Principles, // Technologies and Operational Systems Ellis Horwood. 1991. P. 1-310.

54. Rothermel R.C. A mathematical model for predicting fire spread in wild land fuels. // res. Papers INT-115, Rothermel; Intermountain Forest and Range Experiment station, Forest Service US, Department of agriculture, Olden UT 1972.

55. Schiffer R.S. The international Satellite Cloud Climatology Project (ISCCP): The first project of the World Climate Research Programme Bull. / Ros-sow W.B. // Amer. Meteor. Soc. 1983. V. 64. P. 779-784.

56. Viehoff T. AVHRR-HRPT receiving and image processing system for polar research J./ Shipborne A. // Rem. Sens. 1990. V. 11. N 5. P. 877-886.

57. Ward K., Small low cost ground station Capabilities. / Barrington-Brown J., Gardner S. // 2nd International Symposium on "Reducing the Costif Spacecraft Ground Systems and Operations" 21-23 July 1997. Proceedings Oxford, UK. P. 35.1-35.10

58. Персональные станции приема, хранения и обработки изображений Земли из космоса основная продукция Инженерно-технологического центра СканЭкс.// http://www.scanex.ru/ru/stations/index.html

59. Байкальский РИКЦ // http://www.geol.irk.ru/bricc.htm

60. Сайт DATA+ // http://www.dataplus.ru/