Методы анализа данных аэрофотосъёмки земель сельскохозяйственного назначения

• Автор: Манылов, Игорь Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 166 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
РАЗДЕЛ 1: АЭРОФОТОСЪЕМОЧНЫЕ РАБОТЫ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
1.1 Сущность и особенности аэрофотосъемки, как метода дистанционного зондирования в сельском хозяйстве
1.2 Роль аэрофотосъемки в дистанционном зондировании для целей сельского хозяйства
1.3 Анализ технических средств аэрофотосъемки в сельском хозяйстве
1.3.1 Оценка эффективности аэрофотосъемочного оборудования в реализации задач мониторинга земель сельскохозяйственного назначения
1.3.2 Обоснование выбора летательного аппарата для проведения аэрофотосъемочных работ сельскохозяйственных угодий
РАЗДЕЛ 2: ДАННЫЕ АЭРОФОТОСЪЕМКИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ УГОДИЙ И МЕТОДЫ ИХ АНАЛИЗА
2.1 Аэрофотографические снимки сельскохозяйственных земель: понятие, виды, изобразительные и информационные свойства
2.2 Выбор метода дешифрования аэрофотоснимков сельхозугодий и разработка схемы его реализации
2.3 Анализ алгоритма цифровой классификации снимков земель сельскохозяйственного назначения
2.4 Особенности применения программных средств обработки аэрофотоснимков сельхозугодий
РАЗДЕЛ 3: РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ АЭРОФОТОСНИМКОВ ЗЕМЕЛЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
3.1 Принципы классификации изображений и разработка математического аппарата классификации объектов
3.2 Разработка программного обеспечения для дешифрации аэрофотоснимков земель сельскохозяйственного назначения на основе цифровой классификации
3.2.1 Разработка состава и структуры базы данных
3.2.2 Выбор параметров классификации и разработка обучающих выборок
3.2.3 Процедура предварительной обработки аэрофотоснимков и загрузки в программу
3.2.4 Разработка алгоритма классификации и оценка точности классификации
3.3 Разработка и описание графического интерфейса программного обеспечения
3.4 Анализ возможностей и экономической целесообразности использования разработанной программы для дешифрации аэрофотоснимков земель сельскохозяйственного назначения
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение
Актуальность темы исследования. Дистанционное зондирование Земли сегодня одна из активно развиваемых и обсуждаемых тем. Долгое время данные дистанционного зондирования использовались исключительно военными структурами, но в последнее десятилетие их активно применяют для решения множества гражданских задач.
Следует отметить развитие технических средств дистанционного зондирования: появляется новая съемочная техника и различные аппараты для её установки, создаются современные модели беспилотных летательных аппаратов, способных конкурировать с зарубежными аналогами, появляются частные спутники. Кроме того, активно разрабатывается программное обеспечение, позволяющее быстро и качественно обрабатывать полученную информацию и применять её в новых отраслях.
Повышенный спрос на данные дистанционного зондирования, в основном на аэрофотосъемку, предъявляет сегодня сельское хозяйство. В условиях планово-административной экономики съемка сельхозугодий проводилась с установленной периодичностью, а также на основе обоснованной потребности каждого конкретно взятого хозяйства. Данные аэрофотосъемки были доступны любым сельским хозяйствам, причем доступ к ним можно было получить в довольно короткие сроки. После распада СССР и постановке подобных исследований на коммерческие рельсы, получение соответствующих данных для большинства сельских хозяйств стало невозможным ввиду финансовых, технических, кадровых и других проблем. Сегодня потребность в данных аэрофотосъемки не только не пропала, но и ввиду длительного застоя и продолжительного кризиса в сельском хозяйстве возросла в несколько раз: необходима классификация и инвентаризация неиспользуемых земель, оценка состояния угодий, анализ нагрузки на почвенный покров и проведение других исследований по смежным направлениям. Но в условиях ограниченности финансовых

ресурсов сельское хозяйство не может позволить себе использование новейших технических средств для осуществления летно-съемочного процесса и программных разработок для быстрого и эффективного анализа полученных данных. В этой связи рассмотрение аэрофотосъемки земель сельскохозяйственного назначения и методов анализа полученных данных для целей сельского хозяйства в привязке к финансовой стороне дела приобретает особую актуальность.
Степень разработанности темы исследования. Все исследования, посвящённые аэрофотосъемке, как методу дистанционного зондирования, можно условно разбить на две большие группы:
• опубликованные в СССР;
• переводные и отечественные научные издания, опубликованные в конце XX - начале XXI века.
Первые отличаются существенной практической направленностью, анализом проблем и перспектив развития технического оснащения летносъемочного процесса, рассмотрением целей и задач дистанционного зондирования в решении проблем отдельных отраслей. Сельское хозяйство как пользователь данных дистанционного зондирования в трудах отечественных исследователей неразрывно связывается с лесным хозяйством ввиду схожести объекта анализа и решаемых задач. Следует выделить работы Сазонова Н.В., Азовцева Н.Н. и Трахова Э.М. в области дистанционного зондирования сельскохозяйственных площадей с использованием авиационной и космической техники, а также исследования Топичева А.Г., Флоринской М.А., Заболоцкого В.Р., Слесарева А.О по вопросам дистанционных методов оценки качества внесения удобрений и диагностики минерального питания сельхозкультур. Ряд научных изданий посвящен анализу летательных аппаратов, съёмочной аппаратуры и описания летно-съёмочного процесса в целом безотносительно к отрасли. Наиболее подробными можно считать работы Стеценко А.Ф., Мурахтанова Е.С, Сухих
В.И. и др.

данными космической съемки. Для создания инженерных планов в векторном виде масштабов 1:1000-1:500 предпочтительнее использовать кадровые камеры.
Основные технические характеристики наиболее применимых моделей камер приведены в таблице.
Таблица
Технические характеристики цифровых камер (по материалам Earth Imaging Journal)
Производитель
Модель
Размер изображения, пиксель Ширина полосы захвата при разрешении на местности 0,2 м, м
Размер ПЗС-матрицы (ПЗС-линейки), пиксель / количество датчиков / тип изображения Размер пикселя, мкм Радиометрическое разрешение (разрядность АЦП), бит Минимальный интервал съемки, с
Угловое поле зрения,0 Необходимость наличия бРБ/Ши
Ориентировочная стоимость, дол.
Z/I Imaging DMC
13 824x7680

7000x4000 / 4 / монохромный 3000x2000 / 4/ мультиспектральный
Vexcel Imaging UltraCam О 11500x7500

3680x2400 / 9 / монохромный 3680x2400 / 4 / мультиспектральный

74x44
Желательно >1 ООО ООО

55x37
Желательно 700 ООО
Lelca Geosystems ADS40
12 ОООх любое

12 000/ 3/ монохромный 8000 / 4
мультиспектральный

800 строк/с
Обязательно >1 ООО ООО
НПП «Геосистема»
3-DAS
8000х любое

8000xRGB / 3/ мультиспектральный
7 50 строк/ с
Обязательно 250 ООО
Источник: Олейник С.В., Гайда ВБ. Цифровые камеры для аэрофотосъёмки // Геопрофи. -№4.-2006.-с. 50.
Согласно публикациям в сели Интернет, из списка представленного выше наиболее популярна 3-ОАБ-1 ввиду её не слишком высокой стоимости и наличия возможности у российских компаний и у компаний ближнего зарубежья её приобрести. Так, интересен опыт использования этой камеры ООО “Аналитика» (Винница. Украина). Предприятие приобрело цифровую камеру ЗТ)А5-1 в начале осени 2006 г. В комплект поставки также входила стабилизирующая платформа и управляющий компьютер в индустриальном исполнении, с двумя съемными БАЮ массивами, объем каждого из которых составлял 1,8 Тбайт.