Научно-методические основы построения и программное обеспечение региональной системы мониторинга с интеллектуальной высокопроизводительной обработкой данных

• Автор: Замятин, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 365 с. : ил.

СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ

АИ - Аэрокосмическое изображение;

БД - База данных;

ВК - Вторичная компонента;

ВУ - Вычислительный узел;

ГИС - Геоинформационная система;

ДЗЗ - Дистанционное зондирование Земли;

ДМ - Критерий попарной разделимости Джеффриса-Матуситы;

инс - Искусственные нейронные сети;

КА - Клеточный автомат;

КИС - Каппа индекс согласия;

мгк - Метод главных компонентов;
мс - Матрица смежности;
мсп - Марковские случайные поля;
ООП - Объектно-ориентированный подход;
оп - Оперативная память;
по - Программное обеспечение;
ПК - Первичная компонента;
ПЭВМ - Персональная электронно-вычислительная машина;
СВ гкм - Северо-Васюганское газоконденсатное месторождение Томской области;
СКИФ - СуперКомпьютерная Инициатива Феникс;
ско - Среднеквадратическое отклонение;
СУБД - Система управления базами данных;
УПР - Условная плотность распределения;
УПР РП - УПР типа Розенблатта-Парзена;
ХМАО - Ханты-Мансийский автономный округ;
ADO - ActiveX Data Objects;
CLUE - Conversion of Land Use and Its Effects;
ЕТМ - Enhanced Thematic Mapper;
GEM - General Ecosystem Model;
HRG/HRS - High Resolution Geometric/Stereoscopic;
HRVIR - High Resolution Visible InfraRed;
k-NN - k-й ближайший сосед;
LUCAS - Land Use Change Analysis System;
LUCC - Land Use/Cover Change;
MPI - Message Passing Interface;
MPMD - Multiple Process/Program - Multiple Data;
MSS - Multispectral Scanner System;
PLM - Patuxent Landscape Model;
RAID - Redundant Array of Inexpensive/Independent Disks;
ROC - Receiver/Relative Operating Characteristic;
SMP - Symmetric Multiprocessing;
SPMD - Single Process/Program - Multiple Data;
SPOT - Systeme Probatoire d'Observation de la Terre;
SVM - Support Vector Machine;
TM - Thematic Mapper;
UGM - Urban Growth Model;
UML - Unified Modeling Language;
UTM - Universal Transverse Mercator.
СОДЕРЖАНИЕ
СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА
1.1. Аэрокосмический мониторинг окружающей среды
1Л Л. Общие положения и разновидности мониторинга
1 Л.2. Задачи аэрокосмического мониторинга
1.2. Основные характеристики космических систем дистанционного зондирования Земяи
1.2.1. Общие положения
1.2.2. Системы с данными среднего спектрального разрешения
1.2.3. Системы с данными высокого спектрального разрешения
1.3. Системы аэрокосмического мониторинга
1.3Л. Глобальные системы
1.3.2. Типовые региональные системы
1.3.3. Стандартные программные средства в задачах мониторинга.
1.3.4. Проблемы создания региональных систем мониторинга нового поколения
1.4. Основные результаты и выводы
ГЛАВА 2. КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА С ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКОЙ ДАННЫХ
2.1. Принципы построения систем мониторинга
2.2. Принципы архивирования и каталогизации данных ДЗЗ
2.3. Принципы интеллектуальной обработки данных

Содержание
2.3.1. Автоматизированная интерпретация АИ
2.3.2. Прогнозирование изменений ландшафтного покрова
2.4. Принципы организации высокопроизводительных вычислений
2.5. Требования к современным системам мониторинга
2.6. Обобщенная структура и технология практического применения системы
2.7. Основные результаты и выводы
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СЖАТИЯ ДАННЫХ ДЗЗ .
3.1. Общие положения
3.2. Сжатие мультиспектральных АИ без потерь
3.2.1. Многоэтапный алгоритм сжатия с использованием вейвлет-преобразования и учетом междиапазонной зависимости
3.2.2. Усовершенствованный многоэтапный алгоритм сжатия
3.2.3. Экспериментальные исследования
3.3. Сжатие мультиспектр альных АИ с потерями
3.3.1. Фрактальное сжатие
3.3.2. Дифференцированное сжатие одноканальных АИ
3.3.3. Дифференцированное сжатие многоканальных АИ
3.3.4. Экспериментальные исследования
3.4. Сжатие гиперспектральных АИ
3.4.1. Особенности сжатия гиперспектральных АИ
3.4.2. Алгоритм сжатия гиперспектральных АИ с использованием разностных преобразований
3.4.3. Организация параллельного исполнения алгоритма сжатия
3.4.4. Экспериментальные исследования
3.5. Основные результаты и выводы
ГЛАВА 4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ИНТЕРПРЕТАЦИИ АИ
4.1. Общие положения
Гпава 1. Современные проблемы аэрокосмического мониторинга
пикселе. Учитывая высокое пространственное разрешение 1копоэ, он применяется для решения задач в таких областях как сельское хозяйство, лесопожарный мониторинг, экологический мониторинг, разведка месторождений нефти и газа, воздушные и морские перевозки, а также в целях безопасности.
Система ДЗЗ (ЗшскШЫ. Начало получению из космоса данных высокого пространственного разрешения положил спутник системы 0,шскВ1г<3, выведенный на околоземную орбиту в 2001 г. Сенсорное оборудование, которым был оснащен спутник, позволило получать панхроматические и мультиспектральные (в 4-х диапазонах) космические изображения земной поверхности с пространственным разрешением в 0,61 м и позволяет охватывать более 75 млн. км2 земной поверхности ежегодно.
Основными областями применения данных высокого разрешения QuickBird являются:
• создание и актуализация крупномасштабных топографических и специальных карт;
• инвентаризация, контроль строительства и мониторинг состояния транспортной, энергетической, информационной инфраструктуры и прилегающих к ним территорий;
• инвентаризация и контроль в лесоустроительных и сельскохозяйственных работах, а также при разработке детальных планов землепользования;
• решение прикладных задач мониторинга окружающей среды.
Система ДЗЗ 1¥ог1с1У1ем>-. Коммерческий спутник высокого
пространственного разрешения УогМУ1ем>- запущен 18 сентября 2007 г. Он оснащен панхроматическим сенсором, обеспечивающим пространственное разрешение в надире 0,5 м при ширине полосы охвата 17,6 км. ¥огМУ1ем>-1 оборудован современными средствами навигации для точного определения географического местоположения снимаемой территории, оперирует в моно и