facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Global international scientific
analytical project
GISAP
GISAP logotip
Перевод страницы
 

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НОВЕЙШЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ГЕОПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДАННЫХ В ПРОГРАММНОМ ИНТЕРФЕЙСЕ BAND COMBINATIONS / USING THE NEWEST TECHNOLOGY TO PROCESS THE GEOSPATIAL DATA IN THE BAND COMBINATIONS PROGRAM INTERFACE

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НОВЕЙШЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ГЕОПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДАННЫХ В ПРОГРАММНОМ ИНТЕРФЕЙСЕ BAND COMBINATIONS / USING THE NEWEST TECHNOLOGY TO PROCESS THE GEOSPATIAL DATA IN THE BAND COMBINATIONS PROGRAM INTERFACE
Maryna Pidlypnay, аспирант

Павло Колодій , заведующий кафедрой, кандидат экономических наук, доцент

Львовский национальный аграрный университет, Украина

Участник первенства: Национальное первенство по научной аналитике - "Украина";

Открытое Европейско-Азиатское первенство по научной аналитике;

Использование новейшего программного интерфейса Band Combinations позволит обрабатывать и одновременно получать нужную информацию со спутников Landsat 7,8, Sentinel-2 и сканер Modis (спутника Terra) с различными техническими характеристиками для решения тематических задач в различных областях науки. Предлагаемый инновационный способ получения, обработки и отображения геопространственной информации позволяет значительно повысить экономическую эффективность работ, информативность и точность данных об объектах определенной территории, а также оперативность получения снимковисследуемого объекта.

Keywords: Band Combinations, Landsat 8, Sentinel-2, Modis, programmatic interface.

 

Постановка проблемы. Украина обладает значительными объемами земельных ресурсов, важной задачей из которых является сохранение и рациональное их использование. Для отображения достоверных данных о состоянии земель, с учетом экологических условий и оценки площадей, прогнозирования урожайности и мониторинга, можно использовать спутниковые снимки. Выбор снимков и обработка их в нужном качестве требует установки дорогого программного обеспечения и больших затрат времени на их обработку. Использование новейшей технологи программного интерфейса Band Combinationsв обработке геоространственных данных дает возможность получить комплекс операций со снимками, который позволяет извлекать из них информацию, представляющую решению различных тематических задач. С помощью сервиса United States Geological Survey, (USGS) доступ к которой предоставляется американской научно-исследовательской правительственной организацией, специализирующейся в науках касающиеся Земли, позволяет бесплатно получать спектрозональные снимки, которые постоянно обновляются из спутников Landsat – 7 и 8, Sentinel-2 или спутника Terra  сканер Modis.

Анализ предыдущих научных исследований. Разработками программных комплексов и обработкойспутниковых данныхземной поверхности занимаются множество ученых: E. Arzuaga-Cruz, W. Lucht, С.Schaaf, Д. Ландгребе, Ю. Карпінський, С.Войтенко, О. Дорожинський, В. Еремеев, И. Мордвинцев, Н. Платонов, Ю. Книжнеков. Практический опыт по применению дистанционного зондирования Земли в Украине занимается коллектив ГНПП «Геосистема» [2].

Цель статьи. Применить многогранные возможности программного продукта Band Combinations для изучения динамики земного покрова, на местном и глобальном уровнях.Охарактеризовать возможности повешения качества изображения для спутников с разными техническими характеристиками и на основе единой базы опорных данных, отразить изменчивость спектрально-отражательных характеристик различных типов земного покрова.Изложение основного материала. Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) занимает особое место в системе геоинформационных систем и технологий, применяемых в разных отраслях деятельности человека. В Украине это направление практически не развито, тогда как, например, во Франции агропромышленный комплекс - важнейший потребитель космических снимков из спутников. Съемочная система является коммерческой, но значительную часть расходов берет на себя государство, и в периоды вегетации сельскохозяйственных культур АПК имеет наиболее высокий приоритет в проведении съемок из космоса, среди других потребителей. Сельскохозяйственное производство играет центральную роль в экономике Франции, и руководство этой страны осознает необходимость финансирования современных информационных технологий, существенно повышают эффективность сельского хозяйства. История насчитывает несколько десятилетий, и программные средства для работы с данными ДЗЗ прошли определенный путь развития. Вместе с инструментами, стали классическими, появляются все новые разработки [1].

Земля в Украине является основным средством производства и национальным богатством. Развитие экономики зависит от состояния и использования земельного фонда как одного из важнейших видов ресурсов. Главной задачей сохранения ресурсного потенциала является обеспечение сбалансированного использования земель, благодаря которому осуществляется устойчивое развитие государства в целом.

Использования материалов космической съемки могут помочь как для решения комплексных задач управления сельскохозяйственными территориями, так и в отраслях промышленности, управлении водными ресурсами, лесным хозяйством, мониторинга даже в строительстве. Для отображения достоверных данных о состоянии земель, с учетом экологических условий и оценки площадей, прогнозирования урожайности и мониторинга, представлена уникальная возможность в программном продукте Land Viewer. Американская компания EOS Data Analytics с офисом в Украине, специализируется на анализе и обработке больших ГИС-данных. Инструмент предоставляется пользователю бесплатно и работает прямо в браузере компьютера, в том числе на мобильных телефонах. Использовать программу очень легко, так как интерфейс похож на Google Maps. Для доступа к нужным данным, не нужно устанавливать программное обеспечения под разные спутники и скачивать объёмные архивы снимков за определенный период. Программный интерфейс Band Combinations для пользователя очень удобен в работе. Снимки  постоянно обновляется из спутника Landsat 7,8 и Sentinel 2, а с недавних пор доступные снимки американского спутника Terra, канер  Modisдля пользователей. Сканер Modis очень специфичный, поскольку его используют, в целях наблюдения радиационного баланса и процессов, происходящих в океанах, на суше, и в нижних слоях атмосферы. Спутниковые снимки захватывают данные в 36 спектральных диапазонах в диапазоне длин волн от 0,4 до 14,4 мкм и при различных пространственных разрешениях (2 полосы на 250 м, 5 полос на 500 м и 29 полосах на расстоянии 1 км). Вместе все приборы отображают всю Землю каждые 1-2 дня. Они предназначены для обеспечения измерений в крупномасштабной глобальной динамике, включая изменения облачного покрова Земли, излучения и процессы, происходящие в океанах, на суше и в нижней атмосфере. Modisиспользует четыре бортовых калибратора в дополнение к пространственному виду для обеспечения калибровки в полете: солнечный рассеиватель (SD), монитор стабильности солнечного диффузора (SDSM), спектральный радиометрический калибровочный узел (SRCA). Modisиспользует морской оптический буй для вспомогательной калибровки Траектория движения носителя и угол обзора системы 110° (ширина полосы обзора 2330 км) позволяют Modis за сутки получать изображение почти всей поверхности Земли, за исключением узких промежутков между полосами сканирования в низких широтах.Так как работа пользователя с гиперспектральными данными затруднена, при проектировании системы Modisбыла сделана ставка на специализированные виды продукции, представляющие результаты специальной обработки данных в определенных зонах, предусматривающей получение вторичных изображений, обеспечивающих изучение избранных объектов и явлений. Например, к таким тематическим продуктам относятся изображения LAI – индекса зеленой листовой площади растительного покрова, FPAR – индекса фотосинтетически активной радиации, поглощаемой растительностью [3,6].Рис. 1 Система измерений Modisв крупномасштабной глобальной динамике, включая изменения облачного покрова Земли.

 

Рис. 1. Система измерений Modis в крупномасштабной глобальной динамике.

 

Спутники Landsat 8 или Sentinel 2A отличаются своим разрешением полученных снимков 30 м и 10 м на пиксель в соответствии. Спутник Landsat 8 получает данные, используя два наборы инструментов: Operational Land Imager (OOO) и Thermal Infra Red Sensor (TIRS). Первый набор получает изображение в 9 диапазонах видимого мира и близкого инфракрасного излучения (ИЧ), второй набор, - в 2 диапазонах далекого (теплового) ИК. Спутник рассчитан на срок активного существования в 5,25 лет, однако запас топлива позволяет использовать его до 10 лет. Диапазоны 2, 3 и 4 являют собой видимые синий, зеленый и красный спектры. Диапазон 5 измеряет ближний инфракрасный спектр. Эта часть спектра особенно важна для экологов, поскольку вода в письме здоровых растений отображает ее. Сравнивая с изображениями других диапазонов, получают индексы вроде бы NDVI (Normalized Difference Vegetation Index - нормализованийний относительный индекс растительности - простой количественный показатель количества фотосинтетический активной биомассы) какие позволяют точно измерять степень здоровья растений. Диапазоны 6 и 7 покрывают разные участки коротковолнового ИК что позволяют отличать сухую землю от влажной, которые выглядят похоже в других диапазонах, но отличаются в ИК. Диапазон 8 - панхроматический. Он воспринимает больше света и дает наиболее четкую картинку среди всех диапазонов. Его разрешение составляет 15 метров. Диапазон 9 - это одна из наиболее интересных особенностей Landsat 8. Он покрывает очень узкую полосу длин волн - 1370 нанометров. Некоторые из космических инструментов регистрируют эту область спектра, поскольку она почти полностью поглощается атмосферой. Landsat 8 использует это как преимущество. Поскольку земля в этом диапазоне едва заметна, значит все, что в нем ярко видно, или отображает очень хорошо, или находится вне атмосферы. В Диапазоне 9 видно только тучи, которые представляют реальную проблему для спутниковых снимков, так как при размытых краях плохо заметные в обычных диапазонах, а снимки, сделанные сквозь них, могут иметь расхождения с другими. С помощью Диапазона 9 это легко отследить. Диапазоны 10 и 11 - это тепловое ИК. Вместо измерения температуры воздуха, как это делают погодные станции, они измеряют температуру поверхности. При всех преимуществах Landsat 8 (оперативность, многоканальная) его основной недостаток – низкая разрешающая способность.

Благодаря новым радиолокационным данным спутника Sentinel-2 возможно достичь высоким разрешением снимков. В видимой, инфракрасной зоне (VNIR) и коротковолнового инфракрасного (SWIR) зонах спектра, которые включают у себя 13 спектральных каналов, что гарантирует отображение отличий в состоянии растительности, в том числе и временные изменения, а также возводит к минимуму влияние на качество съемки. Увеличение ширины полосы обзора, рядом с высокой повторяемостью съемок,позволяет отслеживать процессы, которые быстро изменяются. Например, изменение характера роста или дозревания растительности в течение вегетационного периода на определенной исследуемой характерной территории. Данные спутника Sentinel-2 обеспечивают сервисы GMES, связаны с управлением земельными ресурсами, сельскохозяйственным производством. Уникальность миссии Sentinel-2 заключается в сочетании большого территориального охватывания, частых повторных съемок, и, как следствие, систематическим получением полного покрытия всей Земли, мультиспектральной съемкой высокого разрешения. Оснастка оптико-электронных мультиспектрального сенсором для съемок с разрешением от 10 до 60 м в видимой, ближней инфракрасной (VNIR) и коротковолнового инфракрасного (SWIR) зонах спектра, которые включают у себя 13 спектральных каналов что гарантирует отображение отличий в состоянии растительности, в том числе и временные изменения, а также возводит к минимуму влияние на качество съемки атмосферы. Орбита высотой в среднем 785 км, наличие в миссии двух спутников позволит проводить повторные съемки каждые 5 дней на экваторе и каждые 2-3 дня в средних широтах. В таких системах излучение попадает на соответствующие датчики, которые генерируют электрические сигналы в зависимости от интенсивности излучения. Для получения изображения необходимо объединить большое количество одноэлементных датчиков или сканировать цель одним датчиком. Устройство такого типу называется прибором зарядной связи[4,5].

Исследуя объект можно выбрать спутник, который лучше отражает видимость и четкость изображения, можно сортировать по датам и по облачности изображений [7, 8].

Вложения Band Combinations, позволяет просматривать снимки в разных каналах и их комбинациях. Через спутник Sentinel 2 можно исследовать степень влажности почвы и прорастания сельскохозяйственных культур состоянием на 26.04.2017года (рис.2).

 

Рис. 2. Прорастание сельскохозяйственныхкультур, степень влажности почвы.

 

Прорастание культур отчетливо видно в ярко-зеленом цвете, по биомассе можно определить, что степень схожести озимых культур достаточно высокая. Вспаханные участки полей отражают разовый и красный цвет, что свидетельствует о насыщении влаги в грунте. Исследовать эту же местность можно со спутника Landsat 8 состоянием на 9.04.2017 года (рис.3).

 

  

Рис. 3. Снимок  Landsat 8 изучаемой территории.

 

Данный снимок свидетельствует о значительной облачности в этот период, что мешает оценить изучаемый объект. Основная роль обработки данных Band Combinations заключается в том, что снимки генерируются по запросу пользователя в режиме реального времени. В течении нескольких минут можно проверить снимки из двух спутников и решить удачный ли он для исследуемой территории.

 

Выводы:  Использование программного интерфейса Band Combinations позволит одновременно получать и обрабатывать нужные снимки со спутников landsat 7,8, Sentinel-2, Terra сканер Modisс различными техническими характеристиками. Благодаря таким возможностям программного интерфейса открываются новые горизонты для решения тематических задач в различных областях науки. Платформа, которая считывает информацию с геопространственных снимков, полученных со спутников, формирует приложения, которые решают прикладные задачи. Применение возможностей Landviewerв исследовании позволяет получать актуальную, полную и достоверную информацию для реализации поставленных задач. Современные данныеспутников и программного обеспечения позволяют получать информацию для обширных территорий, что практически недостижимо при любых наземных обследованиях. Предоставляется возможность оодновременно ввести мониторинг в разные периоды времени и с разных спутниковых носителей о состоянии исследуемых территорий, о процессах происходящихв настоящие время.
 

Литература:

  • 1. Газетов Е.И., Мединец В.И., Сучков И.А. Методология комплексного использования ГИС, аэрофотосъемки и спутниковых снимков при обработке результатов мониторинга природной среды 2003. - 216с. 
  • 2. ДНВП «Геосистема» Створення геоінформаційних систем різного рівня з використанням космічних знімків., Режим доступу: http://geosistema.business-guide.com.ua//irbis-nbuv.gov.ua/
  • 3. Кравцова В.И., Уваров И.А. Гиперспектральная система MODIS для глобального мониторинга Земли., Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации. 2001. № 2(29)-3(30)., С. 39-41. 
  • 4. Arzuaga-Cruz E., Jimenez-Rodriguez L.O., and Velez-Reyes M. Unsupervised Feature Extraction and Band Subset Selection Techniques Based on Relative Entropy Criteria for Hyperspectral Data Analysis., Proc. SPIE, 2003. Vol. 5093. pp. 462-473.
  • 5.  Дейвис Ш.М., Ландгребе Д.А., Филлипс Т.Л. и др. Дистанционное зондирование: количественный поход., Пер. с англ. - Москва., Недра, 1983. -415 с.
  • 6. Підлипна М.П. Патент на корисну модель «Геоінформаційний метод дистанційного зонування землі», 25.12.2015 р. Бюлетень №24, UA 103624 U
  • 7. Raising the standard to new heights., Access mode: http://www.harrisgeospatial.com.
  • 8. Land Viewer., Access mode: :https://lv.eosda.com
1. Газетов Е.И., Мединец В.И., Сучков И.А. Методология комплексного использования ГИС, аэрофотосъемки и спутниковых снимков при обработке результатов мониторинга природной среды 2003. - 216с. 
2. ДНВП «Геосистема» Створення геоінформаційних систем різного рівня з використанням космічних знімків., Режим доступу: http://geosistema.business-guide.com.ua//irbis-nbuv.gov.ua/
3. Кравцова В.И., Уваров И.А. Гиперспектральная система MODIS для глобального мониторинга Земли., Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации. 2001. № 2(29)-3(30)., С. 39-41. 
4. Arzuaga-Cruz E., Jimenez-Rodriguez L.O., and Velez-Reyes M. Unsupervised Feature Extraction and Band Subset Selection Techniques Based on Relative Entropy Criteria for Hyperspectral Data Analysis., Proc. SPIE, 2003. Vol. 5093. pp. 462-473.
5.  Дейвис Ш.М., Ландгребе Д.А., Филлипс Т.Л. и др. Дистанционное зондирование: количественный поход., Пер. с англ. - Москва., Недра, 1983. -415 с.
6. Підлипна М.П. Патент на корисну модель «Геоінформаційний метод дистанційного зонування землі», 25.12.2015 р. Бюлетень №24, UA 103624 U
7. Raising the standard to new heights., Access mode: http://www.harrisgeospatial.com.
8. Land Viewer., Access mode: :https://lv.eosda.com
0
Ваша оценка: Нет (3 голоса)
Комментарии: 7

Сарсекова Дани

Уважаемые Мария и Павло! Очень актуальная проблема, почти во всех отраслях народного хозяйства Казахстана, в том числе и лесного. У нас большая проблема с проведением санитарных рубок в лесопромышленных зонах. Если бы мы поработали совместно над созданием программного интерфейса для отображения достоверных данных территорий, предназначенных под проведение этих рубок или мест прохождения ими, мы бы решили важную задачу и спор между лесоводами и лесопромышленниками. Желаю Вам творческих успехов и надеюсь на научное сотрудничество. С ув.Дани Нургисаевна

Подлипная Марина Петровна

Спасибо Вам большое за хорошие и очень ВАЖНОЕ приложение сотрудничества. Мы имеем уникальною возможность воспользоватся данными спутников и побывать "виртуально"в г. Астана. Использование новейшей технологи программного интерфейса Band Combinations в обработке геоространственных данных даст возможность получить комплекс операций со снимками, которые позволят извлекать из них информацию, для отображения достоверных данных территорий, предназначенных под проведение рубок в лесопромышленных зонах, и еще много другое.

Подлипная Марина Петровна

Очень признательна за высокою оценку и Ваше внимания.

Артамонова Елена Николаевна

Уважаемые авторы, работа актуальна: для решения важных проблем земледелия используются самые значительные достижения в геодезии и других смежных отраслях науки по активному внедрению современных программно-технических комплексов. Также впечатляет, что у аспиранта-Марины Петровны уже имеется патент по теме исследования.

Бабаев Накибулло Хабибуллаевич

Здравствуйте уважаемые Марина Петровна и Павло Каладий. Представленный Вами доклад является отличным результатом обширной мониторинговой работы с использованием спутниковых данных и программного обеспечения, которое позволяет получать информацию для обширных территорий, что практически может недостижимо при проведении обычных наземных исследований. Результатами исследований с огромным успехом можно использовать и в других странах СНГ (или пост советского пространства). Работу оцениваю на 8 балов. С уважением Накибулло Бабаев.

Симонян Геворг Саркисович

Уважаемая Марина Петровна и Павло Каладий приветствую Ваше участие в первенстве МАНВО. Отличная мониторинговая работа с использованием данных еспутников и программного обеспеченияб которое позволяет получать информацию для обширных территорий, что практически может недостижимо при наземных обследованиях. Оценка высокая. С уважением Геворг Саркисович.

Подлипная Марина Петровна

С уважением Марина Подлипная.
Комментарии: 7

Сарсекова Дани

Уважаемые Мария и Павло! Очень актуальная проблема, почти во всех отраслях народного хозяйства Казахстана, в том числе и лесного. У нас большая проблема с проведением санитарных рубок в лесопромышленных зонах. Если бы мы поработали совместно над созданием программного интерфейса для отображения достоверных данных территорий, предназначенных под проведение этих рубок или мест прохождения ими, мы бы решили важную задачу и спор между лесоводами и лесопромышленниками. Желаю Вам творческих успехов и надеюсь на научное сотрудничество. С ув.Дани Нургисаевна

Подлипная Марина Петровна

Спасибо Вам большое за хорошие и очень ВАЖНОЕ приложение сотрудничества. Мы имеем уникальною возможность воспользоватся данными спутников и побывать "виртуально"в г. Астана. Использование новейшей технологи программного интерфейса Band Combinations в обработке геоространственных данных даст возможность получить комплекс операций со снимками, которые позволят извлекать из них информацию, для отображения достоверных данных территорий, предназначенных под проведение рубок в лесопромышленных зонах, и еще много другое.

Подлипная Марина Петровна

Очень признательна за высокою оценку и Ваше внимания.

Артамонова Елена Николаевна

Уважаемые авторы, работа актуальна: для решения важных проблем земледелия используются самые значительные достижения в геодезии и других смежных отраслях науки по активному внедрению современных программно-технических комплексов. Также впечатляет, что у аспиранта-Марины Петровны уже имеется патент по теме исследования.

Бабаев Накибулло Хабибуллаевич

Здравствуйте уважаемые Марина Петровна и Павло Каладий. Представленный Вами доклад является отличным результатом обширной мониторинговой работы с использованием спутниковых данных и программного обеспечения, которое позволяет получать информацию для обширных территорий, что практически может недостижимо при проведении обычных наземных исследований. Результатами исследований с огромным успехом можно использовать и в других странах СНГ (или пост советского пространства). Работу оцениваю на 8 балов. С уважением Накибулло Бабаев.

Симонян Геворг Саркисович

Уважаемая Марина Петровна и Павло Каладий приветствую Ваше участие в первенстве МАНВО. Отличная мониторинговая работа с использованием данных еспутников и программного обеспеченияб которое позволяет получать информацию для обширных территорий, что практически может недостижимо при наземных обследованиях. Оценка высокая. С уважением Геворг Саркисович.

Подлипная Марина Петровна

С уважением Марина Подлипная.
Партнеры
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.