Тема: ОЦЕНКА СКОРОСТИ И НАПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОБЛАЧНОСТИ НА ОСНОВАНИИ СПУТНИКОВЫХ ДАННЫХ

В современной жизни информация играет очень важную роль. Научнотехнический прогресс в областях, связанных с передачей и обработкой информации, открывает всё новые и новые горизонты.
В последнее время важное значения приобрели спутниковые методы исследования Земли. Это связанно как с совершенствованием космической техники, так и с сокращением авиационных и наземных методов мониторинга.
Основные области применения спутникового зондирования - получение информации о состоянии окружающей среды, оценка стихийных бедствий, оценка урожая сельскохозяйственных угодий и т.д. эти средства позволяют получать сведения о состоянии атмосферы, в том числе и в глобальном масштабе. Данные поступают, как правило, в виде изображений, дальнейшая обработка ведется на электронно-вычислительной машине с использованием, различных программных пакетов. Поэтому дистанционное зондирование тесно связанно с цифровой обработкой изображений.
Таким образом, объектом исследования являются облачные образования.
Предмет исследования - это методы оценки скорости и направления перемещения крупных облачных образований.
Проблемная ситуация: отсутствие методов оперативной оценки скорости и направления перемещения облачности.
Целью данной работы является разработка методики оперативной оценки скорости и направления перемещения крупных облачных образований по данным спутникового зондирования.
Под крупными облачными образованиями понимается облачность размерами не менее чем 250x250 километров.
Для достижения поставленной цели, необходимо решить следующие задачи:
• провести аналитический обзор (по источникам информации об облачности), по методам отслеживания траекторий движений, по методам прогнозирования и определения скорости и направления движения облачности);
• разработать алгоритм получения оперативной информации о состоянии облачности;
• разработать алгоритм расчета вектора перемещения крупных облачных образований;
• оценить точность прогнозирования алгоритма для различных интервалов времени.
Актуальность. Для решения многих практических задач, таких как прогноз погоды, экологические исследования загрязнения атмосферы, обслуживание полетов самолетов, научных исследований, необходима информация о скорости и направлении перемещения облачности. Также изменяя радиационный баланс атмосферы и земной поверхности, облачность воздействует на температурновлажностный режим тропосферы и приземного слоя воздуха [1].
Положение, выносимое на защиту. Методика оценки скорости и направления перемещения крупных облачных образований по серии изображений получаемых с ИСЗ, основанная на контроле перемещения границ облачность/подстилающая поверхность, обеспечивает оценку этих параметров с погрешностью не более 20 % и позволяет прогнозировать перемещение до 9 часов с погрешностью не более 25 %.
Научная новизна. Разработан алгоритм оперативной оценки скорости и направления перемещения крупных облачных образований, на основе технологии «оптический поток», использующий в качестве меры близости двух изображений абсолютную разность их яркостей, обеспечивающий сокращение времени вычислений на ~20 % по сравнению с известными аналогами.
Данную задачу можно решить с помощью методов обработки данных и изображений, получаемых в результате дистанционного зондирования Земли.
Апробация результатов. По результатам работы опубликовано 7 статей, получено свидетельство на программу для ЭВМ. Результаты исследования по теме диссертации докладывались на XI Международной школе молодых ученых «Физика окружающей среды» им. А. Г. Колесника (г. Томск, 15-19 сентября 2014г.); X.I Международный симпозиум «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы»; Всероссийской конференции студенческих научно-исследовательских инкубаторов (г. Томск, 2015 г., 2016 г.); Международной научно практической конференции «Актуальные проблемы радиофизики» (Томск, 2015 г.); XXII рабочая группа «Аэрозоли Сибири» (Томск, 2015 г.)..

Купить

Для оценки скорости и направления перемещения крупных облачных образований можно использовать данные спутникового зондирования Земли, получаемые из открытых источников, в силу того, что они имеют частое обновление, обладают системой геокодирования, а способ получения таких данных не вызывает затруднений. Это позволяет вести наблюдения практически за любой точкой земной поверхности.
В работе предложена методика оперативной оценки скорости и направления перемещения крупных облачных образований, на основе технологии «оптический поток», использующая в качестве меры близости двух изображений абсолютную разность их яркостей, обеспечивающая сокращение времени вычислений на ~20 % по сравнению с известными аналогами.
Разработанный алгоритм обеспечивает оперативную оценку параметров (скорости и направления перемещения) параметров с погрешностью не более 20 % и позволяет прогнозировать перемещение до 9 часов с погрешностью не более 25 %.
Полученная информация позволяет в целом оценить перемещение облачных полей, что может быть необходимым для оценки радиационного баланса Земли.
Результаты работы опубликованы в 7 статьях [27,28, 30 - 34], в том числе одна в сборнике SPIE индексируемом в Scopus и WoS [30] и две статьи в журналах из перечня ВАК [31,27]. Получено свидетельство на программу ЭВМ [29].

Купить