Разработка и исследование метода автоматического определения дрейфа морских льдов по последовательным спутниковым изображениям

• Автор: Рахина, Татьяна Владимировна
• Шифр специальности: 05.13.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 100 с.

СОДЕРЖАНИИ
Введение
Глава 1. Обзор методов определения дрейфа льдов
по спутниковым изображениям.
1.1. Интерактивный метод
1.2. Полиномиальный метод
1.3. Кросс-корреляционный метод
1.4. Гибридный метод
1.5. Метод оптическог о потока
1.6. Выводы. Постановка задачи. 22 Глава 2. Метод автоматического определения дрейфа льдов по
радиолокационным изображениям с широкой полосой обзора
2.1. Предварительные процедуры
2.2. Трансформация изображений в фотокарту
2.3. Нахождение первичных векторов дрейфа
2.4. Вычисление направления и величины вектора дрейфа
2.5. Вторичная обработка изображений
2.6. Оценка погрешности метода
2.7. Выводы
Глава 3. Тестирование метода
3.1. Формирование тестовых изображений
3.2. Тестирование на сдвиг с поворотом
3 .3. Тестирование изображений на нулевой дрейф
3.4. Тестирование на заранее заданный ненулевой дрейф
3.5. Выводы
Глава 4. Результаты исследований
4.1 Дешифровочные свойства льда
4.2. Обработка изображений ИСЗ «Океан»
4.3. Обработка изображений ИСЗ КасЗагза!
4.4. Выводы
Заключение. Основные результаты
Литература

Введение.
В условиях роста международных морских перевозок, развития технических средств мониторинга окружающей среды и усиления внимания к проблемам экологии повышается и необходимость изучения, анализа и прогнозирования динамики ледяного покрова Арктического и Антарктического регионов В полярных бассейнах осуществляются морские перевозки и рыбный промысел, геологические и другие исследовательские работы. В связи с этим особенно актуальны знание фактических ледовых условий и прогноз их изменения, необходимые для обеспечения безопасности мореплавания, выработки рекомендаций по проводке судов и районов лова рыбы. Поэтому в настоящее время необходима всепогодная, не зависящая от времени суток, точная и объективная информация о морском льде, волнении и ветре.
Недостатки традиционных контактных и самолетных измерений характеристик морских льдов - высокая стоимость, а также ограниченность в пространстве и времени. Тем не менее именно данные авиаразведки (визуальные и радиолокационные) служили до недавнего времени основой для составления ледовых карт для морей Северного Ледовитого океана и Дальнего Востока. Появление искусственных спутников Земли (ИСЗ), оборудованных устройствами дистанционного зондирования, существенно продвинуло вперед изучение морских льдов, так как с помощью измерений из космоса удается оперативно наблюдать ледовую обстановку на обширных пространствах за короткие промежутки времени.
Ценную информацию о ледовых условиях дают видимые и ИК-спутниковые изображения, особенно полученные многоканальным сканирующим устройством среднего разрешения. Облачность и низкая высота солнца в зимние месяцы препятствуют проведению регулярных съемок из космоса в видимом участке спектра. Возможности получения информации с подстилающей поверхности в инфракрасном (ПК) диапазоне шире, так как измерения могут осуществляться в темное время суток [1]. Однако облачность и туман, которые часто наблюдаются в высоких и умеренных широтах, являются серьезной помехой. Поэтому постоянный мониторинг морских льдов и процессов взаимодействия лед-океан-атмосфера на основе спутниковых видимых и ИК-изображений возможен далеко не всегда.
Большой прогресс в последние годы был достигнут в изучении ледяного покрова дистанционными радиофизическими методами. Всепогодность, независимость от освещенности солнцем, возможности индикации возрастных градаций и сплоченности

льда, оценки динамики ледяного покрова, скорости приводного ветра и других параметров - все это свидетельствует о целесообразности и эффективности использования СВЧ-радиометров и радиолокационных станций (РЛС) в качестве штатной аппаратуры на самолетах-лабораториях и ИСЗ [2-14]. Необходимость получения оперативной всепогодной информации о ледовой обстановке продиктована, в частности, присущей ей сильной изменчивостью: под влиянием штормовых циклонических возмущений (что обычно для зимнего сезона) происходят заметные подвижки льда, кромка льда может сместиться на 100 км. и более.
С развитием космических спутниковых технологий стало возможным оперативное наблюдение за состоянием и динамикой ледяного покрова, одна из основных динамических характеристик которого - дрейф. Дрейф льдов является важным параметром состояния ледяного покрова, определяет тенденции изменения ледовых условий и ледообмена с другими районами. С движением льдов связано строение ледяного покрова, степень его торосистости, раздробленности, формирование трещин и разводий. Динамика морского ледяного покрова влияет на радиационный баланс и метеорологические условия вблизи поверхности океана [15]. Дрейфующий ледяной покров является переносчиком загрязняющих веществ естественного и искусственого происхождения и изучение его динамики важно для геологических и экологических исследований [16,17]. Спутниковые изображения морских льдов являются реально возможным источником получения фактических данных о детальной картине дрейфа льдов. Возможность определения дрейфа льдов в инерактивном режиме по изображениям NOAA, ERS-1, "Океан", SSM/I была показана в ряде проведенных ранее исследований [17-22]. Методика нахождения векторов дрейфа льда в интерактивном режиме заключается в определении географических координат одних и тех же деталей изображения ледяного покрова на двух или более последовательных спутниковых изображениях одного и того же района, выведенных одновременно на экран компьютера. Как правило, для определения дрейфа используются большие ледяные поля, разрывы в ледяном покрове и отдельные льдины, которые хорошо опознаются на повторных изображениях. Однако процесс ручной обработки изображений занимает большое количество времени и требует присутствия опытного оператора, что делает неэффективным использование интерактивного метода в оперативной работе. По этим причинам примерно с конца 80-х годов начались работы по исследованию и созданию методов автоматического определения дрейфа.

Разработана новая модель ограничения зоны поиска по повторному изображению, использующая априорные данные о дрейфе для данного района и периода времени и позволяющая существенно снизить временные затраты на определение дрейфа.
В схему метода введена вторичная обработка изображений, которая производится на основе предположения о квазистационарности процесса дрейфа по приращениям и использует вычисленные на первом этапе величины среднего смещения и направления дрейфа. Вторичная обработка позволяет получать более полную картину дрейфа для исследуемой области, не сильно увеличивая при этом общие затраты времени на определение дрейфа. При отсутствии необходимости от вторичной обработки можно отказаться по выбору исследователя.
Был предложен новый подход к выбору начальных точек, когда в качестве начальных выбираются такие точки, которые легко выделяются человеческим глазом на спутниковых изображениях. Как правило, это точки на каких-либо характерных ледовых объектах (отдельных льдинах, разломах и т.п.), из географических координат которых затем формируется список входных данных.
Созданный метод позволяет производить обработку радиолокационных изображений с широкой полосой обзора, получая данные о дрейфе в исследуемом районе.