Разработка методов и алгоритмов тематической обработки спутниковых снимков на примере угольных разрезов
|
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Анализ существующих программных продуктов для анализа и обработки данных ДЗЗ. Теоретические аспекты анализа и обработки данных ДЗЗ 8
1.1 Общие сведения и проблематика 8
1.2 Основные определения 10
1.3 Спутники Landsat-7 и Landsat-8 и их особенности 11
1.3.1 Спецификации спутника Landsat-7 12
1.3.2 Спецификации спутника Landsat-8 13
1.3.3 Каналы спутниковых снимков 14
1.4 Программные комплексы, позволяющие проводить тематическую обработку спутниковых снимков 18
1.4.1 ArcGIS 18
1.4.2 ENVI 21
1.3 Вывод к главе 1 24
2 Описание и разработка методов и алгоритмов тематической обработки данных мультиспектральной съемки 25
2.1 Существующие методы и алгоритмы тематической обработки спутниковых снимков 25
2.1.1 Анализ совмещения каналов спутниковых снимков 25
2.1.2 Существующие методы и алгоритмы тематической обработки спутниковых снимков 26
2.2 Метод тематической обработки спутникового снимка в программной среде ArcGIS 27
2.3 Метод тематической обработки спутникового снимка в программной среде ENVI 31
2.4 Вывод к главе 2 34
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 36
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 38
ПРИЛОЖЕНИЕ
1 Анализ существующих программных продуктов для анализа и обработки данных ДЗЗ. Теоретические аспекты анализа и обработки данных ДЗЗ 8
1.1 Общие сведения и проблематика 8
1.2 Основные определения 10
1.3 Спутники Landsat-7 и Landsat-8 и их особенности 11
1.3.1 Спецификации спутника Landsat-7 12
1.3.2 Спецификации спутника Landsat-8 13
1.3.3 Каналы спутниковых снимков 14
1.4 Программные комплексы, позволяющие проводить тематическую обработку спутниковых снимков 18
1.4.1 ArcGIS 18
1.4.2 ENVI 21
1.3 Вывод к главе 1 24
2 Описание и разработка методов и алгоритмов тематической обработки данных мультиспектральной съемки 25
2.1 Существующие методы и алгоритмы тематической обработки спутниковых снимков 25
2.1.1 Анализ совмещения каналов спутниковых снимков 25
2.1.2 Существующие методы и алгоритмы тематической обработки спутниковых снимков 26
2.2 Метод тематической обработки спутникового снимка в программной среде ArcGIS 27
2.3 Метод тематической обработки спутникового снимка в программной среде ENVI 31
2.4 Вывод к главе 2 34
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 36
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 38
ПРИЛОЖЕНИЕ
Несмотря на большие достижения в области дистанционного зондирования Земли, существует ряд проблем, связанных с обработкой полученных данных. В число таких проблем входят дешифрование, различный подход к формированию метаданных у разных спутников, долгая и затратная обработка снимков для конкретных задач.
Как правило, в процессе анализа спутниковых снимков производятся однотипные действия в большом объеме. Зачастую, время, потраченное на подготовку снимков к анализу, занимает намного больше времени, чем сам анализ. Особенно это заметно при анализе изменений одной территории на протяжении некоторого времени, когда подготавливаются к анализу, анализируются большие количества спутниковых снимков и производится их тематическая обработка.
Актуальность и практический аспект данных проблем связаны с тем, что в настоящий момент отсутствуют доступные методы автоматизации подобной подготовки и тематической обработки спутниковых снимков. В данный момент не существует доступных методов автоматизации даже частичной подготовки снимков к анализу. Наиболее близкие к подобному анализу программные продукты являются узкоспециализированными и практически недоступными. Все найденные продукты были созданы и используются в зарубежных странах.
Многие исследовательские институты и ВУЗы, равно как и Сибирский федеральный университет нуждается в рабочем и качественном методе автоматизации предварительной подготовки и тематической обработки спутниковых снимков. Тот факт, что в России подобными исследованиями занимаются очень малое число специалистов, а количество специалистов, которые занимаются анализом и которым для этого анализа приходится делать обработку большого количества спутниковых снимков очень велико, позволяет сделать вывод о том, что тема дипломной работы актуальна и связана со значительным распространением исследуемой области в работе большого
Объектом бакалаврской работы являются возможности и способы проведения подготовки спутниковых снимков к анализу, а также возможности различных программных продуктов.
Предметом бакалаврской работы являются различные способы и подходы к анализу и тематической обработке спутниковых снимков, для исследований, связанных с анализом состояния окружающей среды на примере угольных разрезов.
Целью бакалаврской работы является рассмотрение наиболее популярных из существующих программных комплексов, позволяющих проводить предварительную подготовку спутниковых снимков и их тематическую обработку, анализ алгоритмов тематической обработки и описание методов и алгоритмов тематической обработки исходя из принципов и требований тематической обработки данных спутниковой съемки угольных разрезов.
Задачами бакалаврской работы в связи с указанной целью являются:
- исследовать предметную область обработки данных ДЗЗ;
- рассмотреть наиболее часто используемые программные комплексы при выполнении тематической обработки данных ДЗЗ;
- описать достоинства и недостатки существующих методов и алгоритмов анализа и тематической обработки спутниковых снимков;
- выявить основные принципы построения методов и алгоритмов анализа и тематической обработки спутниковых снимков, касаемо плоскости тематической обработки данных ДЗЗ угольных разрезов;
- разработать и описать два несвязанных метода (алгоритма) анализа и тематической обработки данных ДЗЗ угольных разрезов.
Создание таких методов и алгоритмов позволит обеспечить значительное сокращение времени на обработку спутниковых снимков, в частности подготовку снимков к анализу, процесс тематической обработки. Создание таких методов и алгоритмов позволит систематизировать подход к решению узконаправленных задач на примере тематической обработки спутниковых снимков угольных разрезов.
Методами исследования бакалаврской работы были анализ литературы, анализ нормативно-правовой документации, по теме бакалаврской работы, сравнение различных методов и алгоритмов тематической обработки спутниковых снимков, их теоретический анализ и синтез на их основе новых методов и алгоритмов исходя из целей бакалаврской работы.
Практическая новизна создания методов и алгоритмов тематической обработки спутниковых снимков заключается в практическом применении таких методов и алгоритмов при анализе изменения окружающей среды в контексте угольных разрезов.
Структура работы обусловлена предметом, целью и задачами бакалаврской работы. Работа состоит из введения, двух глав и заключения. Введение раскрывает актуальность, определяет объект, предмет, цель, задачи и методы исследования, раскрывает практическую значимость работы.
В первой главе рассматриваются теоретические сведения по выбранной теме, основные используемые программы при тематической обработке данных ДЗЗ, проводится анализ этих программ и их выбор для достижения описанной цели.
Во второй главе раскрываются особенности существующих методов и алгоритмов тематической обработки спутниковых снимков, проводится анализ необходимых требований к новым методам и алгоритмам и приводится описания методов и алгоритмов, которые отвечают целям и задачам бакалаврской работы. Также, производится оценка законченности работы.
Как правило, в процессе анализа спутниковых снимков производятся однотипные действия в большом объеме. Зачастую, время, потраченное на подготовку снимков к анализу, занимает намного больше времени, чем сам анализ. Особенно это заметно при анализе изменений одной территории на протяжении некоторого времени, когда подготавливаются к анализу, анализируются большие количества спутниковых снимков и производится их тематическая обработка.
Актуальность и практический аспект данных проблем связаны с тем, что в настоящий момент отсутствуют доступные методы автоматизации подобной подготовки и тематической обработки спутниковых снимков. В данный момент не существует доступных методов автоматизации даже частичной подготовки снимков к анализу. Наиболее близкие к подобному анализу программные продукты являются узкоспециализированными и практически недоступными. Все найденные продукты были созданы и используются в зарубежных странах.
Многие исследовательские институты и ВУЗы, равно как и Сибирский федеральный университет нуждается в рабочем и качественном методе автоматизации предварительной подготовки и тематической обработки спутниковых снимков. Тот факт, что в России подобными исследованиями занимаются очень малое число специалистов, а количество специалистов, которые занимаются анализом и которым для этого анализа приходится делать обработку большого количества спутниковых снимков очень велико, позволяет сделать вывод о том, что тема дипломной работы актуальна и связана со значительным распространением исследуемой области в работе большого
Объектом бакалаврской работы являются возможности и способы проведения подготовки спутниковых снимков к анализу, а также возможности различных программных продуктов.
Предметом бакалаврской работы являются различные способы и подходы к анализу и тематической обработке спутниковых снимков, для исследований, связанных с анализом состояния окружающей среды на примере угольных разрезов.
Целью бакалаврской работы является рассмотрение наиболее популярных из существующих программных комплексов, позволяющих проводить предварительную подготовку спутниковых снимков и их тематическую обработку, анализ алгоритмов тематической обработки и описание методов и алгоритмов тематической обработки исходя из принципов и требований тематической обработки данных спутниковой съемки угольных разрезов.
Задачами бакалаврской работы в связи с указанной целью являются:
- исследовать предметную область обработки данных ДЗЗ;
- рассмотреть наиболее часто используемые программные комплексы при выполнении тематической обработки данных ДЗЗ;
- описать достоинства и недостатки существующих методов и алгоритмов анализа и тематической обработки спутниковых снимков;
- выявить основные принципы построения методов и алгоритмов анализа и тематической обработки спутниковых снимков, касаемо плоскости тематической обработки данных ДЗЗ угольных разрезов;
- разработать и описать два несвязанных метода (алгоритма) анализа и тематической обработки данных ДЗЗ угольных разрезов.
Создание таких методов и алгоритмов позволит обеспечить значительное сокращение времени на обработку спутниковых снимков, в частности подготовку снимков к анализу, процесс тематической обработки. Создание таких методов и алгоритмов позволит систематизировать подход к решению узконаправленных задач на примере тематической обработки спутниковых снимков угольных разрезов.
Методами исследования бакалаврской работы были анализ литературы, анализ нормативно-правовой документации, по теме бакалаврской работы, сравнение различных методов и алгоритмов тематической обработки спутниковых снимков, их теоретический анализ и синтез на их основе новых методов и алгоритмов исходя из целей бакалаврской работы.
Практическая новизна создания методов и алгоритмов тематической обработки спутниковых снимков заключается в практическом применении таких методов и алгоритмов при анализе изменения окружающей среды в контексте угольных разрезов.
Структура работы обусловлена предметом, целью и задачами бакалаврской работы. Работа состоит из введения, двух глав и заключения. Введение раскрывает актуальность, определяет объект, предмет, цель, задачи и методы исследования, раскрывает практическую значимость работы.
В первой главе рассматриваются теоретические сведения по выбранной теме, основные используемые программы при тематической обработке данных ДЗЗ, проводится анализ этих программ и их выбор для достижения описанной цели.
Во второй главе раскрываются особенности существующих методов и алгоритмов тематической обработки спутниковых снимков, проводится анализ необходимых требований к новым методам и алгоритмам и приводится описания методов и алгоритмов, которые отвечают целям и задачам бакалаврской работы. Также, производится оценка законченности работы.
Целью написания данной выпускной квалификационной работы является разработка методов и алгоритмов тематической обработки спутниковых снимков на примере угольных разрезов. Разработка данных методов и алгоритмов позволит систематизировать подход к предварительной подготовке спутниковых снимков к анализу и тематической обработке и самой тематической обработке.
В начале работы были рассмотрены теоретические сведения по теме обработки данных ДЗЗ, наиболее часто используемые программные комплексы, используемые в тематической обработке спутниковых снимков, проведен анализ этих программ. Также были рассмотрены спутники Landsat-7 и Landsat-8 и получаемые с их помощью снимки и описана целесообразность использования снимков, получаемых с помощью этих спутников.
В практической части работы был проведен анализ совмещения различных каналов растра спутниковых снимков и произведен выбор сложения каналов, которое будет использоваться в дальнейшей работе по описанию методов и алгоритмов тематической обработки спутниковых снимков. Основной целью бакалаврской работы было составление методов и алгоритмов тематической обработки спутниковых снимков. Такие методы были разработаны и описаны с помощью программных комплексов ArcGIS и ENVI.
Создание данных методов показывает то, что поставленные задачи были выполнены в полном объеме.
Помимо описанных этапов выполнения бакалаврской работы был проведен анализ и целесообразность продолжения работы в выбранной области. Продолжение работы в выбранной области является целесообразным и актуальным по нескольким причинам.
Во-первых, описанные в бакалаврской работе методы являются достаточно полными для использования для решения повседневных задач, однако нерентабельными при обработке больших массивов данных. Эта проблема решается использованием автоматизированных методов тематической обработки спутниковых снимков. Как было определено в процессе работы, использованные в процессе разработки методов тематической обработки спутниковых снимков программные комплексы ArcGIS и ENVI позволяют использовать встроенные средства разработки для описания автоматических алгоритмов обработки. Создание подобных методов и алгоритмов автоматической тематической обработки является приоритетной задачей при осуществлении дальнейшей работы по данной теме.
Во-вторых, подобные методы могут быть усовершенствованы использованием современных технологий разработки. К примеру, использование при тематической обработке нейронных сетей является, в теории, одним из способов улучшения итогового результата метода автоматической обработки спутниковых снимков.
В-третьих, описанная тема является динамично развивающейся в среде научных исследований, что позволяет в дальнейшем активно участвовать в деятельности научного общества и активно развивать данные методы с помощью научных разработок.
В начале работы были рассмотрены теоретические сведения по теме обработки данных ДЗЗ, наиболее часто используемые программные комплексы, используемые в тематической обработке спутниковых снимков, проведен анализ этих программ. Также были рассмотрены спутники Landsat-7 и Landsat-8 и получаемые с их помощью снимки и описана целесообразность использования снимков, получаемых с помощью этих спутников.
В практической части работы был проведен анализ совмещения различных каналов растра спутниковых снимков и произведен выбор сложения каналов, которое будет использоваться в дальнейшей работе по описанию методов и алгоритмов тематической обработки спутниковых снимков. Основной целью бакалаврской работы было составление методов и алгоритмов тематической обработки спутниковых снимков. Такие методы были разработаны и описаны с помощью программных комплексов ArcGIS и ENVI.
Создание данных методов показывает то, что поставленные задачи были выполнены в полном объеме.
Помимо описанных этапов выполнения бакалаврской работы был проведен анализ и целесообразность продолжения работы в выбранной области. Продолжение работы в выбранной области является целесообразным и актуальным по нескольким причинам.
Во-первых, описанные в бакалаврской работе методы являются достаточно полными для использования для решения повседневных задач, однако нерентабельными при обработке больших массивов данных. Эта проблема решается использованием автоматизированных методов тематической обработки спутниковых снимков. Как было определено в процессе работы, использованные в процессе разработки методов тематической обработки спутниковых снимков программные комплексы ArcGIS и ENVI позволяют использовать встроенные средства разработки для описания автоматических алгоритмов обработки. Создание подобных методов и алгоритмов автоматической тематической обработки является приоритетной задачей при осуществлении дальнейшей работы по данной теме.
Во-вторых, подобные методы могут быть усовершенствованы использованием современных технологий разработки. К примеру, использование при тематической обработке нейронных сетей является, в теории, одним из способов улучшения итогового результата метода автоматической обработки спутниковых снимков.
В-третьих, описанная тема является динамично развивающейся в среде научных исследований, что позволяет в дальнейшем активно участвовать в деятельности научного общества и активно развивать данные методы с помощью научных разработок.