Алгоритмическое и программное обеспечение системы интерпретации аэрокосмических изображений для решения задач картирования ландшафтных объектов

• Автор: Напрюшкин, Александр Алексеевич
• Шифр специальности: 05.13.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 183 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ДЛЯ ЛАНДШАФТНОГО ТЕМАТИЧЕСКОГО КАРТИРОВ АНИЯ

1.1. Задачи ландшафтного тематического картирования

1.2. Данные дистанционного зондирования Земли в задачах ландшафтного тематического КАРТИРОВ АНИЯ.

1.2.1. Роль дистанционных методов в задачах ландшафтного тематического картирования.

1.2.2. Основные характеристики космических систем дистанционного зондирования Земли.

1.3. Задачи обработки и интерпретации аэрокосмических изображений

1.4. Проблема автоматизации интерпретации аэрокосмических изображений

1.4.1. Принципы распознавания образов на изображении.

1.4.2. Подходы к классификации аэрокосмических изображений.

1.4.3. Подходы к формированию системы признаков и улучшению качества классификации.
1.5. Цель и задачи исследования
1.6. Основные результаты и выводы по главе.
ГЛАВА 2. КОНЦЕПЦИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ИНТЕРПРЕТАЦИИ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
2.1. Принципы автоматизации интерпретации аэрокосмических изображений
2.2. Концептуальная схема процесса автоматизированной интерпретации аэрокосмических изображений
2.3. Построение обучающих выборок и оценка их эффективности
2.3.1. Репрезентативность обучающих выборок.
2.3.2. Неконтролируемая классификация.
2.3.3. Оценка эффективности обучающих выборок.
2.4. Построение расширенной системы признаков для процедуры распознавания.
2.4.1. Формирование расширенной системы признаков.
2.4.2. Задача анализа информативности и оптимизации расширенной системы признаков.
2.5. Синтез решающего правила для процедуры распознавания
2.5.1. Синтез решающего правила классификации.
2.5.2. Адаптивное решающее правило
2.6. Требования к системе автоматизированной интерпретации аэрокосмических изображений и принципы ее построения
2.7. Основные результаты и выводы по главе
ГЛАВА 3. АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ИНТЕРПРЕТАЦИИ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ.
3.1. Алгоритм итерационной классификации с использованием расширенной системы признаков.
3.2. Алгоритм классификации с непараметрической оценкой условных плотностей распределения
3.3. Адаптивная процедура распознавания.
3.4. Анализ эффективности адаптивной процедуры распознавания
3.4.1. Постановка задачи исследования
3.4.2. Принципы создания модельных изображений.
3.4.3. Исследование вычислительной эффективности алгоритма классификации с непараметрической оценкой условных плотностей распределения
3.4.4. Исследование эффективности решающих правил классификации на уни и мультимодальных модельных данных.
3.4.5. Исследование эффективности адаптивной процедуры распознавания на реальных аэрокосмических изображениях
3.4.6. Результаты анализа эффективности адаптивной процедуры распознавания.
3.5. Основные результаты и выводы по главе.
ГЛАВА 4. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ИНТЕРПРЕТАЦИИ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
4.1. Выбор базовых средств для реализации системы автоматизированной интерпретации аэрокосмических изображений 1
4.1.1. Выбор векторной компоненты
4.1.2. Выбор способа реализации растровой компоненты.
4.1.3. Выбор среды разработки растровой компоненты.
4.1.4. Средства разработки пользовательского интерфейса
4.2. Программные средства системы автоматизированной интерпретации аэрокосмических изображений ЬамзМлррек
4.2.1. Структура программного обеспечения
4.2.2. Подсистема визуализации растровых данных
4.2.3. Подсистема предварительной обработки аэрокосмических изображений.
4.2.4. Подсистема тематической обработки аэрокосмических изображений.
4.2.5. Подсистема векторизации растровых тематических карт.
4.3. Решение задачи ландшафтноэкологического картирова гия Первомайского нефтяного месторождения средствами системы ЬашМаррек
4.3.1. Постановка задачи ландшафтноэкологического картирования
4.3.2. Технология создания ландшафтноэкологической карты
Первомайского месторождения
4.4. Основные результаты и выводы по главе.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Предлагается итеративная адаптивная процедура распознавания ландшафтных объектов на АКИ, основанная на предложенных алгоритмах. Процедура использует расширенную систему признаков и адаптивное решающее правило, позволяющее на каждой итерации выбирать наиболее эффективный алгоритм классификации по эмпирическим критериям точности и вычислительной сложности. Формулируются принципы построения статистических модельных изображений с заданными характеристиками плотностей распределения признаков, моделируемых смесями многомерных нормальных распределений и равномерным распределением. Описываются созданные с учетом сформулированных принципов статистические модельные изображения, имеющие уни и бимодальные плотности распределения признаков. Проводится исследование эффективности адаптивной процедуры распознавания и положенных в основу алгоритмов классификации на оригинальных модельных изображениях и реальных космических снимках различных систем ДЭЗ. По результатам исследования делается вывод об эффективности данных алгоритмов и адаптивной процедуры распознавания в целом. В четвертой главе описывается программное обеспечение системы автоматизированной интерпретации аэрокосмических изображений ЬапбМаррег и приводятся результаты ее апробации при решении практической задачи ландшафтноэкологического картирования. Приводится описание структуры программного обеспечения системы ЬапбМаррег для решения задач картирования ландшафтных объектов с использованием данных ДЗЗ. Описываются созданные программные средства системы ЬапбМаррег, представляющие совокупность взаимосвязанных подсистем и программных модулей. Оригинальными программными компонентами системы ЬапМаррег являются подсистемы визуализации, предварительной и тематической обработки интерпретации АКИ, а также подсистема векторизации растровых тематических карт. Приводятся результаты апробации системы на примере решения задачи ландшафтноэкологического картирования территории Первомайского нефтяного месторождения по космическому снимку РЕСУРС камера МСУЭ. Приводятся примеры оценки численных характеристик ландшафтных объектов на основе созданной ландшафтноэкологической карты месторождения. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю доктору технических наук, профессору Н. Г. Маркову за большую помощь в подготовке диссертационной работы, ценные замечания и советы. Автор также благодарит за плодотворные дискуссии кандидатов технических наук Кудинова и П. М. Острасть, а также ассистента кафедры Вычислительной техники Томского политехнического университета Замятина. ГЛАВА 1. В настоящее время все более острый характер приобретают проблемы ландшафтного мониторинга состояния экосистем разного масштабного уровня и их экологического контроля. Под ландшафтным мониторингом понимае тся наблюдение за состоянием ландшафтных экосистем однородных участков земной поверхности с определенным составом живых и косных компонентов, включающее регистрацию их современной структуры, контроль их динамики и прогноз изменений . Ландшафтный мониторинг земной поверхности является многопрофильным, спектр решаемых с его помощью задач довольно широк, при этом также велико число и разнообразие элементов ландшафтных экосистем, являющихся объектами наблюдения , поверхностные воды суши, почвенный покров, растительный покров, источники антропогенного воздействия и т. Одной из важнейших задач, решаемых в рамках ландшафтного мониторинга, является представление его результатов в виде ландшафтных тематических карт , отображающих пространственные структуры сложных единиц экосистем на ландшафтной основе. Главная задача, решаемая в рамках ландшафтного тематического картирования, заключается в графическом моделировании ландшафтов и выдаче данных об их состоянии для регулируемого природопользования. Отображенная на тематических картах информация используется для анализа и оценки природных условий территорий, регистрации и учета разрушительных природных процессов, изучения взаимодействия природных и технических систем, выявления антропогенного воздействия на среду и его последствий ,, и т.