Введение
1 Обзор информационных систем и технологий в области детектирования
водных объектов 7
1.1 Обзор существующих систем мониторинга ЧС 7
1.2 Обзор способов детектирования водных объектов 15
1.3 Вывод по главе 1 25
2 Разработка и реализация алгоритма для анализа подтоплений опор ВЛЭП ... 26
2.1 Описание структуры алгоритма 26
2.2 Реализация разработанного алгоритма 29
2.3 Применение полученных результатов для анализа возможных
подтоплений опор ВЛЭП 41
2.4 Вывод по главе 2 45
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 46
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 47
ПРИЛОЖЕНИЕ А 49
Классификация типов поверхностного покрытия, а также их анализ, является одним из наиболее распространенных применений дистанционного зондирования Земли. Одна из основных задач классификации — выделение водных объектов с поверхности суши.
Спутниковый мониторинг водных объектов в настоящее время находит свое применение как в научных исследованиях, посвященных, например, проблемам воздействия климатических изменений на природные системы [1], так и во множестве систем, посвященных практическому использованию, таких как спутниковый мониторинг трансграничных вод, применение данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) для общего мониторинга состояния водных объектов, космический мониторинг чрезвычайных ситуаций и т.д.
Данная работа рассматривает применение данных ДЗЗ для наблюдения за подтоплениями опор ВЛЭП вследствие сезонных изменений площади водных объектов на примере Красноярского края.
Сибирский регион, частью которого является Красноярский край, обладает обширной территорией с развитой сетью водных объектов. Большинство из них, например, реки Енисей, Чулым, Каи, Ангара и другие, подвержены сезонному изменению уровня воды и площади русла. Чрезвычайные ситуации, возникающие в следствии сезонного разлива рек, сопровождаются большими материальными затратами на их устранение. Одним из основных типов чрезвычайных ситуаций в данном случае является подтопление опор ВЛЭП. Это явление становится причиной ослабления грунта, что может привести к падению опор, повреждению проводов, падению проводов на землю. Это ведет к нарушению стабильности обеспечения населения и предприятий электрической энергией, а также к опасности поражения электрическим током людей и животных.
обширности территории Красноярского края, а также труднодоступное™ некоторых регионов, таких как сплошные массивы леса или тундровые зоны, поиск области разрыва электрической сети, вызванного падением опоры ВЛЭП, становится сложной задачей, требующей больших затрат человеческих и технических ресурсов. Меры по предотвращению таких чрезвычайных ситуаций являются основополагающими для стабильности обеспечения населения и предприятий электрической энергией.
Создание алгоритма обработки спутниковых снимков, с возможностью получить информацию о сезонных изменениях площадей водных объектов в районах их пересечения опорами ВЛЭП, позволит спрогнозировать риск возможных подтоплений, что может помочь службам МЧС и энергетических компаний с подготовкой средств по предотвращению падения опор или с поиском нарушения электрической сети.
В соответствии с вышеизложенным, была выявлена цель работы: анализ изменения береговой линии водных объектов в период половодья при помощи данных ДЗЗ для прогноза возможных подтоплений опор ВЛЭП.
А также поставлены следующие задачи:
• обзор и анализ способов детектирования водных объектов по спутниковым изображениям среднего и высокого разрешения;
• разработка программного алгоритма детектирования водных объектов с применением анализа спектральных характеристик;
• программная реализация разработанного алгоритма;
• анализ риска подтопления опор ВЛЭП при помощи результатов работы алгоритма.
Спутниковый мониторинг, сегментация и классификация снимков, извлечение данных из спутниковых изображений, а также использование данных дистанционного зондирования Земли в целом, находят большое применение в современных информационных системах. В ВКР рассматривалось применение данных технологий на примере анализа сезонных подтоплений опор ВЛЭП.
В работе были рассмотрены современные Российские геоинформационные системы мониторинга чрезвычайных ситуаций, функции которых наиболее схожи с исследуемой проблемой, однако не решающие ее. Был произведен обзор и краткое сравнение возможных методов детектирования воды на спутниковом изображении, по результатам которого был выбран метод расчета спектральных индексов.
На основе выбранного метода был разработан и реализован алгоритм, позволяющий автоматизированно получить векторный файл дешифрированной водной поверхности на снимке. Тип используемого индекса был определен при помощи расчета ошибки классификации и построения матрицы ошибок, после получения результатов работы алгоритма на тестовых данных.
При помощи векторных данных, полученных в результате работы алгоритма, был проведен анализ возможных подтоплений опор ВЛЭП выделенного участка реки Енисей Красноярского края.
Разработанный в процессе исследования алгоритм может быть использован как модуль информационной системы, предоставляя возможность детектирования водной поверхности на спутниковом изображении.
