От пикселей к готовому продукту и получению новых знаний

      Комментарии к записи От пикселей к готовому продукту и получению новых знаний отключены

От пикселей к готовому продукту и получению новых знаний

Уже более 40 лет сфера дистанционного зондирования Почвы (ДЗЗ) сталкивается с двумя главными проблемами при применении космических снимков: поиск способов автоматизированного извлечения информации и обнаружение трансформаций. Спутник DigitalGlobe WorldView-3, запущенный в августе 2014 г., рекомендован для ответа этих неприятностей методом последовательного создания однородных комплектов данных ДЗЗ и предоставления неповторимой информации для сельского и лесного хозяйства, других отраслей и горнодобывающей промышленности.

ПОВЫШЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА СПЕКТРАЛЬНЫХ КАНАЛОВ

Спутник WorldView-3 — это первый коммерческий спутник большого разрешения с 16 спектральными каналами, что ведет съемку в видимом и ближнем инфракрасном (VNIR), коротковолновом инфракрасном (SWIR) диапазонах электромагнитного спектра. Пребывав на орбите высотой 617 км, спутник ведет съемку с разрешением 31 см в панхроматическом режиме, 1,24 м — в мультиспектральном (VNIR) и 3,7–7,5 м — в режиме SWIR.

Спутник WorldView-3 сконструирован на базе спутника WorldView-2 и имеет такие же неповторимые возможности для съемки в режиме VNIR, и дополнительно восемь спектральных каналов в новом коротковолновом режиме съемки (SWIR), что оказывает значительную помощь при картографировании и комплексном моделировании горных пород, почв и грунтов. Потенциальные области применения включают в себя: геологическое картирование, мониторинг районов и экологический контроль стихийных бедствий, разведку нефтяных месторождений, вторых нужных ископаемых, и оценку геотермальных ресурсов. Благодаря минимальному атмосферному действию либо шумам в данной части электромагнитного спектра, и улучшенной способности различать материалы каналы режима SWIR открывают новые возможности для автоматизированного извлечения информации, разрешая экономить время, деньги и, быть может, выручать жизни.

ПОЛУЧЕНИЕ ОДНОРОДНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

Спутники ДЗЗ ведут съемку Почвы с высоты верхнего слоя атмосферы. Трансформации в составе воздуха, условий проведения и особенности освещения съемки обусловливают неоднородность приобретаемых данных, что мешает автоматизированной обработке изображений и обнаружению трансформаций. Атмосферные условия, в большинстве случаев, варьируются от снимка к снимку из-за разных уровней влажности (пар) и жёстких частиц (аэрозолей) в воздухе.

Было выполнено большое количество изучений для правильного измерения атмосферного влияния на снимки земной поверхности. В следствии было использовано пара разработок внесения поправок атмосферных и геометрических искажений для разных типов сенсоров.

Трудность заключалась в получении правильных атмосферных измерений в соответствующем масштабе, каковые имели возможность бы обеспечить верную коррекцию изображения. Ожидается, что космический аппарат WorldView-3 примет решение эту проблему, став первым коммерческим спутником, несущим в собственной нужной нагрузке инструмент для оценки состояния воздуха.

В один момент с получением изображения атмосферный инструмент на WorldView-3 сможет найти присутствие туч, паров и аэрозолей воды с пространственным разрешением 31 см, тем самым измеряя состояние воздуха для каждого взятого снимка. На рис. 1 продемонстрировано, что ширина полосы сенсора для атмосферной коррекции больше, чем ширина полосы съемочной аппаратуры.

Рис. 1. Ширина полосы съемки сенсора для атмосферной коррекции спутника WorldView-3 больше, чем ширина полосы съемочной аппаратуры

Эксперты компании DigitalGlobe создали личные методы, каковые применяют эти атмосферных измерений для получения однородных изображений со спутника WorldView-3. Это именуется атмосферной коррекцией. Она особенно нужна чтобы получить информацию, к примеру, при обнаружении трансформаций либо анализе растительности, поскольку искажения, которые связаны с воздухом, не учитываются при анализе. Атмосферная коррекция воздействует на эти отражающей свойстве.

На рис. 2 продемонстрирован пример изображения земной поверхности по окончании атмосферной коррекции. Индекс NDVI, полученный согласно данным без атмосферной коррекции, занижает количество растительности приблизительно на 10–13%.

Рис. 2. Снимок со спутника WorldView-2. Район города Лонгмонт, штат Колорадо, 10 августа 2011 г. а) Изображение в натуральных цветах по окончании внесения атмосферной коррекции; б) Индекс NDVI, полученный согласно данным съемки с высоты верхнего слоя атмосферы; в) Индекс NDVI, полученный не учитывая атмосферного влияния

Еще одна неприятность — это низкая степень автоматизации процесса выделения облачного покрова на изображении. Сочетание данных, взятых с сенсоров VNIR и SWIR, разрешает совершенно верно отличать облака от вторых броских объектов, таких, как лёд и снег. На рис. 3 представлено изображение земной поверхности, полученное сенсором SWIR в условиях задымленной тумана и атмосферы. На рис.

4 продемонстрирован снимок извержения вулкана в Исландии в 2010 г., полученный сенсором Hyperion в режиме VNIR, и смоделированный снимок со спутника WorldView-3, разрешающий различать пепел, облака и лёд.

Рис. 3. Спутник WorldView-3. Электромагнитные волны в длинноволновом инфракрасном диапазоне способны попадать через туман и дым пожара: слева 0 снимок в натуральных цветах (справа вверху — облако, слева внизу — дым); справа — снимок с сенсора SWIR (виден лишь след от облака и очаг пожара)

Рис. 4. Изображение извержения вулкана в Исландии. Видно, что снег (лед) и тучи выглядят по-различному в диапазоне SWIR: сверху — композит RGB в диапазоне VNIR; снизу — композит SWIR-5 — SWIR-1 — Red

WorldView-3 — это первый суперспектральный спутник, имеющий возможность в один момент измерять атмосферные параметры на протяжении проведения главной съемки, что дает возможность приобрести беспрецедентное количество нормированных изображений в мире. Таковой подход открывает новую веху в выявлении изменений и автоматизированном получении информации.

Атмосферный сенсор спутника WorldView-3 может употребляться для нормализации изображений при разном состоянии воздуха, и разрешает создать универсальные методы для всего земного шара. Помимо этого, спутник с 16 спектральными каналами разрешает реализовать автоматизированное извлечение информации для разных сфер применения.

Спутник WorldView-3 — это одновременно и эволюционный (продолжение разработки, примененной в спутнике WorldView-2), и революционный (новые спектральные каналы) аппарат. Он призван преобразовать отрасль ДЗЗ в целом, осуществив переход от индустрии пикселей к индустрии продуктов, что приведет к расширению применения данных дистанционного зондирования и окажет помощь лучше осознавать отечественную изменяющуюся планету.

ПРЕИМУЩЕСТВА СЪЕМКИ В ДИАПАЗОНЕ SWIR ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ПРИЛОЖЕНИЙ

Сельское хозяйство

Применение 16-канальной съемки со спутника WorldView-3 повысит эффективность мониторинга в данной области. Одна из основных задач сельского хозяйства — это получение правильных оценок ресурсов сельско-хозяйственных культур в региональном и глобальном масштабе. Снимки со спутника WorldView-3, прошедшие атмосферную коррекцию, разрешают создавать правильные карты типов и посевов культур.

Потому, что мир заинтересован в увеличении глобальной продуктовой безопасности, важное значение имеет урожайности и увеличение производительности на маленьких фермах при одновременном понижении затрат, минимизации действия на внешнюю среду, применении правильного земледелия и увеличении эффективности управления сельским хозяйством. Принципиально важно принимать корректирующие действия в начале периода вегетации, имея правильное познание состояния посевов, их угнетенности, позванной недостатком питательных веществ, жидкости либо вредителями.

На рис. 5 продемонстрировано, как спектральные каналы (конечный красный — red edge и желтый — yellow) на спутниках WorldView-2 и WorldView-3 оказывают помощь в сопоставлении и наблюдении этих явлений.

Рис. 5. Автоматизированное картографирование сельхозкультур в Мали: слева — границы полей, наложенные на цветное изображение в естественных цветах; справа — классификация растений (красный цвет — хлопок, желтый — кукуруза, светло-зеленый — просо, темно-зеленый — сорго)

Угнетение культуры ведет к трансформации содержания хлорофилла в замене и листьях его каротиноидами, имеющими желтые и красные цвета. Желтый, конечный красный и два ближних инфракрасных канала чувствительны к трансформациям хлорофилла, тем самым выявляя каротиноиды на протяжении угнетения. Помимо этого, каналы SWIR употребляются для оценки влажности зерна, которая есть еще одним показателем здоровья растений.

Наблюдения за типами земель до, на протяжении и по окончании сбора культур принципиально важно для увеличения урожайности. Спутники дистанционного зондирования позволяют следить за его влиянием и состоянием почв на растительность.

уровни влажности и Органический состав почвы возможно определять посредством каналов VNIR + SWIR. При верном наблюдении такая информация оказывает помощь пониманию текущего и будущего состояния культур. Одна из лучших практик управления в агропромышленном комплексе относится к действенному обнаружению остаточной растительности на поле по окончании сбора урожая. Остаточная растительность сохраняет влагу и предотвращает эрозию земли в дождливые месяцы.

Каналы SWIR смогут быть использованы для количественной оценки и отображения растительных качества и остатков земель для прогнозирования будущего урожая.

Лесное хозяйство

Требования лесного хозяйства аналогичны требованиям сельскохозяйственной отрасли, а также в вопросе детальной описи лесов на большую территорию и мониторинга здоровья деревьев для минимизации и понимания последствий от нашествия насекомых.

Спектральные каналы WorldView-3 разрешают классифицировать породы деревьев, каковые имеют неповторимые спектральные характеристики. Классификация может проводиться машинально посредством спектрального анализа данных WorldView-3. Угнетенная лесная растительность будет отображаться подобно угнетенным сельхозкультурам, в то время, когда зеленый хлорофилл в страницах заменяется на желтые и красные каротиноиды.

Добыча нужных ископаемых, геология

Спектральные каналы WorldView-3 разрешают проводить неповторимую классификацию минеральных горных пород и определять их состав.

Поглощение на длинах волн меньше чем 1000 нм разрешает аналитикам идентифицировать материалы, которые содержат железо. Молекулярные колебательные характеристики на длинах волн около 1–2,5 нм диагностируют в исследуемом материале содержание анионных групп, таких, как Al-OH, Mg-OH, Fe-OH, Si-OH, карбонатов, сульфатов и аммония. Спектральные поглощения минеральных пород особенно светло наблюдаются в коротковолновой инфракрасной области спектра (направляться) (рис.

6). Открытые выходы либо проявления пород являются индикаторами потенциальных залежей нужных ископаемых. Геологическая и горнодобывающая отрасли тратят миллионы американских долларов, дабы выяснить потенциальные места добычи на протяжении разведки.

Эти WorldView-3 разрешат сократить затраты геологоразведки за счет ограничения областей поиска месторождений.

Рис. 6. Съемка со спутника WorldView-3 разрешит аналитику распознать минералы посредством спектрального анализа: сверху — естественные цвета — RGB; в середине — WorldView-3: каналы SWIR-7, SWIR-5, SWIR-4; снизу — WorldView-3: классификация минералов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Съемочная совокупность WorldView-3 имеет высокое спектральное разрешение (диапазоны VNIR и SWIR) ? 16 каналов, что разрешает перейти от визуального анализа к автоматизированному анализу с применением спектральных черт материалов. Съемка в ближнем инфракрасном и среднеинфракрасном диапазонах содержит в себе полезную данные для исполнения извлечении и атмосферной коррекции снимков нужной информацим из изображений.

The Great Gildersleeve: The Manganese Mine / Testimonial Dinner for Judge / The Sneezes


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: