Разработка методики геоэкологического дешифрирования космических изображений побережья Красного моря Йеменской республики тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.34, кандидат технических наук Маен Мохаммед Абдуллах Мутана

• Маен Мохаммед Абдуллах Мутана
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Маен Мохаммед Абдуллах Мутана

Введение.

Глава 1. Экологическая характеристика побережья Красного моря на территории Йемена.

1.1. Природные экосистемы побережья Красного моря.

1.2. Природные- антропогенные экосистемы побережья Красного моря.

1.3. Районы критических экологических ситуаций на побережья Красного моря.

Глава 2. Сравнительный анализ программного обеспечения, реализующего методы автоматизированного дешифрирования космических изображений.

2.1. Особенности систем и методов распознавания в задачах тематической обработки космических изображений.

2.2. Автоматизированные методы анализа и обработки данных

2.3. Инструментальные средства, реализующие методы автоматизированного дешифрирования

2.3.1. Программный пакет ERDAS IMAGINE

2.3.2. Программный комплекс ENVI

2.3.3* Линейка продуктов компании Bentley Systems

2.4. Основные космические системы дистанционного зондирования.

Глава 3. Исследование спектральных характеристик тестовых участков и выделение классификационных признаков

3.1. Информационные возможности различных спектральных каналов.

3.2. Обоснование выбора тестовых участков для разных экосистем.

3.3. Спектральные характеристики тестовых участков побережья Красного моря на территории Йемена по профилю 1-Г

3.4. . Спектральные характеристики тестовых участков побережья Красного моря на территории Йемена по профилю Н-П'.

3.5. Спектральные характеристики тестовых участков побережья Красного моря на территории Йемена по профилю Ш-Ш'

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методики геоэкологического дешифрирования космических изображений побережья Красного моря Йеменской республики»

В рамках широкого понятия «геоэкология» находятся многие, весьма разнообразные научные направления и практические проблемы. В связи с тем, что геоэкология охватывает многообразные аспекты взаимодействия общества и природы, наблюдается различная трактовка её предмета, объекта и содержания, не определен круг вопросов геоэкологических исследований, не существует общепризнанной методологии и терминологической базы.

При геоэкологическом изучении территории используются самые совершенные технологии обработки экспериментальных данных, и прежде всего, основанные на современных достижениях компьютерных технологий.

В геоэкологии одним из наиболее актуальных и перспективных направлений является разработка автоматизированных технологий тематической обработки многозональных космических изображений для решения различных фундаментальных экологических, а также прикладных геоэкологических задач, связанных с прогнозом опасных природных и антропогенных процессов.

Для территории Йемена использование материалов дистанционного зондирования поверхности Земли имеет особое значение, не только потому, что аэрокосмические технологии, занимающие важное место в современных науках о Земле, позволяют получить новую тематическую геопространственную информацию, но еще и потому, что большая часть её территории занята труднодоступными высокогорными хребтами, и прибрежными равнинами. В этих условиях применение известных и разработка новых автоматизированных компьютерных технологий обработки космических изображений с целью получения различной геоэкологической информации с учетом эколого-географических особенностей территории Йемена является очень актуальной проблемой, решение которой способствует получению новой геоэкологической информации, повышению достоверности и оперативности её получения, а также прямому и косвенному экономическому эффекту - резкому снижению затрат на эколого-исследовательские, прогнозные и другие виды работ.

Целью работы является разработка методики обработки многозональных космических изображений для решения геоэкологических задач с учётом географических особенностей территории Йемена.

Реализация поставленной цели потребовала решения следующих задач:

• проведение обзора и анализа существующих классификаций геоэкологических задач и компьютерных технологий их решения;

• проведение обзора и анализа технических средств дистанционного зондирования поверхности Земли и программных средств получения и предварительной обработки космической информации для решения различных геоэкологических задач;

• проведения обзора, анализа и выбора программных средств тематической обработки космической информации и подбор программных модулей для решения задач, сформулированных в данной диссертации;

• проведение эксперимента по практическому использованию разработанной методики автоматизированной обработки многозональных космических изображений применительно к геоэколого-географическим особенностям территории Йемена:

- изучение спектральных характеристик природных экосистем;

- сравнительный анализ геоэкологической информативности космических изображений в зависимости от их спектральных зон;

- сравнительный анализ информативности космических изображений в зависимости от их разрешающей способности;

• комплексный анализ с использованием автоматизированных методов дешифрирования пространственного размещения различных типов природных экосистем района интереса. Полученные результаты явятся основой рациональной пространственно-ресурсной организации территориального развития, и, следовательно, будут способствовать осуществлению различных проектов по природопользованию с минимизацией рисков для природных экосистем.

Основным фактическим материалом послужили материалы многозональной съемки КА Landsat 7 в шести спектральных каналах с пространственным разрешением 30 метров и топографическая карта масштаба 1:100 ООО издания 1986г. Автоматизированный поиск осуществлялся при помощи программного пакета ERDAS IMAGINE.

Методика исследования включала:

• изучение литературных и картографических материалов;

• изучение и получение практических навыков работы с программными пакетами ERDAS, Adobe Photoshop.

• анализ и отбор программного обеспечения для решения конкретных задач, сформулированных в диссертации;

• подбор многозональных космических изображений на тестовые участки;

• определение оптимальных условий получения геоэкологической информации в зависимости от типа и разрешающей способности зонального космического изображения;

•автоматизированную обработку космических изображений с использованием разных программных средств для получения требуемой геоэкологической информации;

•разработка классификаторов природных экосистем в зависимости от их спектральных характеристик применительно к геоэколого-географическим особенностям строения территории Йемена;

• полевые исследования тестовых участков.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• разработана и реализована технология геоэкологического дешифрирования на основе соотнесении спектральных характеристик природных экосистем применительно к эколого-географическим условиям Йемена;

• показана, что наиболее информативна для эколого-географических условий Йемена являются зелёная (0,45-0,52мкм) и инфракрасная (1,55-1,75мкм) зоны электромагнитного излучения и отношения отражательных способностей природных экосистем в этих зонах;

• Сформировано оптимальное базовое программное обеспечение, позволяющие производить оперативный анализ спектральных характеристик природных экосистем и обеспечивающее выбор классификаторов разных экосистем.

Предмет защиты может быть сформулирован в виде следующих положений:

1. Методика геоэкологического дешифрирования космических изображений побережья Красного моря Йеменской республики, основанная на соотнесении отражательных характеристик природных экосистем в разных спектральных зонах.

2.Спектральные характеристики природных экосистем Йеменской республики в разных зонах электромагнитного излучения.

3. Программные пакеты, позволяющие производить оперативный анализ спектральных характеристик природных экосистем и облегчающие выработку классификаторов разных экосистем.

По результатам выполненных исследований по теме диссертации автором опубликовано 3 научные статьи и сделаны доклады на 2-х научных конференциях студентов и молодых ученых МИИГАиК (2007,2008).

Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка использованной литературы, который насчитывает 53 наименования. Объём диссертации составляет 145 страниц основного текста, включая 14 таблиц, 48 иллюстраций.

Заключение диссертации по теме «Аэрокосмические исследования земли, фотограмметрия», Маен Мохаммед Абдуллах Мутана

Заключение:

1. Выполнено обобщение и анализ технических средств дистанционного зондирования поверхности Земли программных средствах получения и обработки космической изображений и отобраны программные пакеты, позволяющие наиболее эффективно производить обработку космической информации в эколого-географических условиях Йемена.

2. Выполнен сравнительный анализ геоэкологической информативности зональных космических изображений и установлено, что для автоматизированного распознавания природных экосистем прибрежных районов Йемена наиболее эффективно использование отношения отражательных способностей, полученных в 1 (0,45-0,52мкм) и 5 (1,55-1,75мкм) каналах Landsat - 7.

3. Предложен способ оперативного анализа спектральных характеристик позволяющий существенно сократить время поиска классификационных признаков и выработку спектрального классификатора по каждому из образцов природных экосистем и проверить возможность их разделения.

4. Выполнено полевые фотографирование цифровой фотокамерой SONY наиболее характерных природных экосистем прибрежных районов Йемена с координатной привязкой фотографируемых объектов при помощи GPS.

5. Разработана методика геоэкологического дешифрирования прибрежных экосистем на основе соотнесении спектральных характеристик природных экосистем в зелёной (0,45-0,52мкм) и инфракрасной (1,55-1,75мкм) зонах электромагнитного излучения земной поверхности.

6. Построена схемы геоэкологического дешифрирования прибрежных районов Йемена на основе разработанной методики;

7. Выполнено геоэкологическое дешифрирование с использованием гиперпараллелепипедного метода и классификации по методу максимального правдоподобия.

8. Выполнен сравнительный анализ результатов дешифрирования, полученных при помощи методики, разработанной автором, и гиперпараллелепипедном методом. Сделан вывод о целесообразности комплексного использования авторской технологической разработки и гиперпараллелепипедного метода с целью взаимного контроля и пополнения получаемых результатов и детализации отдельных ситуаций и объектов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Маен Мохаммед Абдуллах Мутана, 2010 год

1. Аджян А.А., Зверев А.Т. Сравнение результатов автоматизированногои визуального дешифрирования космического снимка Центрального Памира. Изв. Вузов. Геодезия и аэрофотосъемка, 2007, № 5.

2. Аржененко Н.И. и др. Моделирование спектральных характеристик яркости природных объектов. Сб. Научные основы создания аэрокосмических систем наблюдения. М., ЦНИИ «Комета», 1998.

3. Востокова E.A., Сущеня B.A., Шевченко JI.A. Экологическое картографирование на основе космической информации. М.: Недра, 1988.

4. Дж. Ту, Р.Гонсалес. Принципы распознавания образов. М.,Мир,1978.

5. Долгополов Б.Я., Захаров М.Ю., Лупян Е.А. Комплекс программ сегментации и классификации многозональных спутниковых изображений. Исследования земли из космоса, 1993,N6.

6. Дулатов Ю.С. Проблемы рационального использования и охраны прибрежных областей Мирового океана. Москва. М. научный мир 1996. 304ст.

7. Зверев А.Т. Место информатики и экологии в модели устойчивого развития системы человек — общество — природа. Тр. Межд. Науч. — технич. Конф., посвященное 225-летию МИИГАиК. М., 2004.

8. Зверев А.Т. Разработка теории экосистемного подхода для решения фундаментальных проблем экологического картографирования прикомплексной оценке экологических обстановок. Изв. Вузов. Геодезия и аэрофотосъемка, 2007, № 6.

9. Зверев А.Т. Тематическое дешифрирование космических изображений. Тр. Межд. Науч. технич. Конф., посвященное 225-летию МИИГАиК. М., 2004.

10. Зверев А.Т., Кругляк A.M., Леонтьев В.А., Сизов А.П. и др. Использование космических методов при осуществлении мониторинга земель в городе Москве. Тез. IX научно-практической конференции "Проблемы управления качеством городской среды" М., 2005.

11. Зверев А.Т., Леонтьев В.А., Сизов А.П., Миртова И.А. Возможности космических методов при осуществлении мониторинга земель крупного города. Использование и охрана природных ресурсов в России. Информационно-аналическая бюллетень, 2004, №6.

12. Н.Зверев А.Т., Малинников В. А. Современные аэрокосмические технологии в геоэкологии труды межд. Форума по проблемам науки, техники и образования. М.,1998.

13. Зверев А.Т., Малинников В.А., Мутанна Маен. Спектральные характеристики природных и антропогенных объектов побережья Красного моря на территории Йемена. Изв. Вузов. Геодезия и аэрофотосъемка, 2009, № 1, с.3-7.

14. Зверев А.Т., Мутанна Маен. Экологическое картографированиепобережья Красного моря на территории Йеменской республики, Изв. Вузов. Геодезия и аэрофотосъемка, 2007, № 4, с.44-48.

15. Игрицов М.А, Марчуков B.C., Мелкий В.А. Методика автоматизированного ландшафтного дешифрирования космических изображений.// Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. № 4 М.: МИИГАиК, 1998, с.68-81.

16. Израэль Ю.А., Цебань А.В Антропогенная экология океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 527с.21. «Каталог 2008», ежегодное издание ЗАО «СОВЗОНД».

17. Кашкин В.Б., Сухинин А.И. Дистанционное зондирование земли из космоса. Цифровая обработка изображений., М.Логос, 2001г.

18. Книжников Ю.Ф., Кравцова В.И., Тутубалина О.В. Аэрокосмические методы географических исследований. -М.: Академия, 2004.

19. Кронберг, П. Дистанционное изучение Земли, М., Мир, 1988.

20. Кругляков JI.А. Разработка комплексных схем охраны природы контактной зоны суша-море // Изв. Всес. геогр. об-ва. 1987. Т. 119, Вып. 4. С. 364-370.

21. Лурье И.К., Косиков А.Г., Ушакова Л.А., Карпович Л.Л. Дистанционное зондирование и географические информационные системы. М.: Науч.мир, 2004.

22. Марчуков B.C. Адаптивный пороговый алгоритм для автоматического выделения на изображении малоразмерных объектов. //Изв. Вузов. Геодезия и аэрофотосъемка, 2002. № 1. С. 100-107.

23. Марчуков М.С. Дешифрирование многозональных аэрокосмических изображений с использованием структурно-пространственной информации. //Изв. Вузов. Геодезия и аэрофотосъемка, 2003, № 6, с.54-66.

24. Марчуков B.C., Сладкопевцев С.А. Ресурсно экологическая картография. -М.: Изд-во. МИИГАиК, 2005.

25. Савиных В.П., Цветков В.Я. Геоинформационный анализ данных дистанционного зондирования. М.: Картгеоцентр - Геоиздат, 2001. — 228 е.: ил.

26. Сладкопевцев С.А. Методические вопросы геоэкологического картографирования. Изв. ВУЗов, геодезия и аэрофотосъемка, 1994, №23.

27. Сладкопевцев С.А. геоэкологическая картография. Изд-во МНЭПУД996

28. Страны мира Йемен: общегеографическая сведения, роскартография, 1994.

29. Чабан J1.H. Теория и алгоритмы распознавания образов. Учебное пособие. М.: МИИГАиК, 2004. 70с.

30. Чабан JI.H. Тематическая классическая многозональных (многослойных) изображений в пакете ERDAS IMAGINE. М.: МИИГАиК, 2006. - 44с.

31. Chain-I Chang and oth. Least Squares Subspace Projection Approach to Mixed Pixel Classification for Hiperspectral Images. IEEE Transaction of Geoscience & Remote Sensing, 1998, V. 36, № 3, p. 899-912.

32. Davison L., Dan Bosence, G. Lan Alsop & Mohammed H. Al-Aawah (1996); Deformation and sedimentation around active Miocene salt diapirs on the Tihama Plain, northwest Yemen; Geo. Soci. Special publication No. 100, 23-39.

33. El-Anbaawy, M. I. H., Aawah, M. A. H. Al- Thour, K. A. and Tucker, M. (1992): Miocene evaporates of the Red Sea rift, Yemen Republic; Sedimentlogy of the Salif halite. Sed. Geo. V. 81; 61-77.

34. Elsagheer, A.A.A (2004) Geology of the coastal area of Wadi Mwar Red Sea Republic of Yemen; thesis Msc. Faculty of science Cairo Uni. Pp: 183.

35. ERDAS Imagine Field Guide. Atlanta, USA, 1999-2001. Учебник Field Guide выложен на сайте компаний Leica Geosystems (http://gi.leica-geosystems.com/LGISub2x514x0.aspx).

36. M. Taraclioti, M. Petrov. IllUmination Invariant Unmixing of set of Mixed Pixel IEEE Transaction of Geoscience & Remote Sensing, 1998, V. 39, № 10, p. 2227-2234.

37. Markham B.L., Barker J.L., Kaita E., Seiferth J. and Morfitt R., On-orbit performance of the landsat-7 ETM+ radiometric calibrators, INT. J. Remote sensing, 2003.

38. Vartanov R.V. Soviet marine policy: general trends in coastal zone management // Coastal Ocean space utilization (Proc. First Intern. Symp. On Coastal Ocean space utilization, N.Y. 1989). N.Y. Amsterdam-London: Elsevier, 1990. P. 175-180.