Введение 5
1 Обзор существующих спутниковых программ 7
1.1 Анализ применения данных дистанционного зондирования Земли для
исследования сезонных паводков 7
1.2 Обзор космических съемочных систем для анализа паводков 14
1.2.2 Выбор данных дистанционного зондирования Земли для анализа
состояния сезонных подтоплений объектов электросетевого комплекса... 16
1.3 Вывод по главе 1 17
2 Основные этапы подготовки данных дистанционного зондирования Земли к дешифрированию паводков 19
2.1 Этапы первичной обработки данных дистанционного зондирования Земли
для решения задачи локализации участков подтопления 19
2.2 Вывод по главе 2 21
3 Детектирование данных дистанционного зондирования Земли для решения задачи локализации участков затопления 23
3.1 Методика локализации участков затопления на основе обработки и
анализа данных дистанционного зондирования Земли 24
3.1.1 Результаты выделения водных объектов по данным спутниковой системы Landsat-8 27
3.1.2 Сегментация участков затопления 32
3.1.3 Расчет показателей точности выделения водных объектов 39
3.2 Вывод по главе 3 46
Заключение 47
Список использованных источников 49
Приложение А Основные технические характеристики оптико-электронных спутников 54
Приложение Б Диаграмма деятельности методики локализации участков
затопления 56
Приложение В Плакаты презентации
Представление снимков в цифровом формате дало широкие возможности для развития методов дешифрирования. Проблема дешифрирования в условиях возросшего количества данных и повышения требований к скорости анализа и интерпретации остается актуальной и позволяет решать следующие задачи: контроль за территориями, подверженными сезонным затоплениям, классификация водных поверхностей, применение космических снимков для оценки площади суши, подверженной затоплению, актуализация данных затопленных территорий.
Большой интерес данная проблема вызывает у современных ученых.
Так, например, в работе [1] была проведена классификация (рассчитаны значения индекса NDVI) с целью выделения областей подтопления. В статье [2] приводится описание методики оценки потенциального развития динамики зон затопления при прохождении паводковых вод и наводнений на основе анализа многолетних данных космического мониторинга.
Физические основы, принципы и технологии космического дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) изучены и освещены в работах А. А. Воробьевой, В. Б. Кашкина, А. И. Сухинина, Е. К. Сутыриной и другие.
Возможности обработки и интерпретации данных ДЗЗ определены в научных трудах С. А. Барталева, Е. А. Лупяна, О. С. Токаревой и другие. Методы анализа и классификации, компрессии, верификации и защиты данных космической съёмки, восстановления трёхмерной модели местности рассмотрены в работе М. В. Гашникова, Н. И. Глумова, Е. В. Гошина, А. Ю. Денисова и другие.
А также на сегодняшний день разработано большое количество различных методов дешифрирования космических снимков и соответствующие системы обработки и интерпретации данных, например, «ERDAS Imaging», «ERDAS ER Mapper», «ENVI», «MultiSpec» и программные продукты компании «СканЭкс».
Однако, несмотря на большое количество научных исследований, достижения в области полной автоматизации дешифрирования, при которой можно было бы исключить или существенно ограничить участие человека в получении географической информации по космическим снимкам, пока недостаточно развиты.
Цель научно-исследовательской работы: разработка методики обнаружения и локализации участков затопления объектов электросетевого комплекса по данным дистанционного зондирования Земли, позволяющая сформировать картосхему участков затопления для оказания информационной поддержки лицам, принимающим решения.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) обзор и выделение критериев релевантности данных ДЗЗ для мониторинга состояния сезонных подтоплений объектов электросетевого комплекса;
2) разработка методики локализации участков затопления на основе обработки и анализа данных ДЗЗ;
3) проведение практической апробации разработанной методики на экспериментальной территории с использованием свободно распространяемых данных ДЗЗ.
Практическая значимость научно-исследовательской работы: разработка программно-методического комплекса для детектирования и локализации фактов затопления объектов электросетевого комплекса в период паводков.
В результате выполнения работы были решены следующие задачи:
- проведен анализ актуальности применения информационно- управляющих систем для обработки сезонных подтоплений объектов электросетевого комплекса по данным дистанционного зондирования Земли;
- выполнен обзор и определены критерии выбора космических оптико-электронных съемочных систем cреднего и низкого пространственного разрешения, в результате cравнительного анализа основных технических характеристик спутниковых программ в качестве данных для дешифрирования фактов затоплений выбран спутник Landsat-8;
- рассмотрены существующие стандартизированные уровни обработки и представления данных ДЗЗ из космоса, и сделан вывод, что формат изображения выбранной спутниковой системы Landsat-8 — GeoTIFF, имеющий стандартный уровень обработки 2А;
- разработана методика локализации участков затопления на основе обработки и анализа данных ДЗЗ, а именно:
- проведен обзор многоспектральных водных индексов для дешифрирования фактов подтопления объектов электросетевого комплекса по данным дистанционного зондирования Земли, также выполнено их вычисление и определены диапазоны для воды;
- для каждого индекса выполнена сегментация с помощью программного модуля, реализованного на языке Python, на основе учета диапазона значений пяти водных многоспектральных индексов, позволяющих выделять водные объекты;
- построена картосхема локализации участков затопления.
- Построена матрица ошибок, по результатам которой определены индексы NDWI и MNDWI, показывающие наиболее высокую общую точность на тестовых данных;
- выполнена практическая апробация разработанной на экспериментальной территории с использованием распространяемых данных ДЗЗ.
