Тема Мониторинг Разработка методов и технологий спутникового мониторинга для научных исследований глобальных изменений и обеспечения безопасности

Гос. Регистрация № 01.20.0.2.00164

Тема выполняется в следующих приоритетных направлениях

5.27, 5.28, 6.17,6.20, 6.21, 6.23, 6.24,6.26

Научные руководители: Д.т.н. Е.А. Лупян, К.т.н. С.А. Барталев, Ответственный исполнитель: К.ф.-м.н. А.А. Мазуров

Настоящая тема посвящена разработке научных основ, методов и автоматизированных технологий  спутникового мониторинга для научных исследований глобальных изменений и обеспечения безопасности. В том числе:

§       Созданию научных основ, методик и алгоритмов для автоматизированного анализа  долговременных рядов спутниковых наблюдений.

§       Созданию и ведению долговременных архивов данных спутниковых наблюдений.

В 2007  году в рамках темы выполнялись работы по следующим основным направлениям:

            4.3.1. Развитие методик построения и базовых элементов автоматизированных систем сбора, хранения и распространения спутниковых данных. Создание базовых интерфейсов, обеспечивающих работу и анализ информации, получаемой из архивов спутниковых данных и результатов их обработки. Разработка базовых элементов технологии распределенной системы хранения и представления результатов обработки спутниковых данных.

            По данному направлению в ИКИ РАН в 2007 году были проведены следующие основные работы:

·                 Разработана архитектура и базовые программные и технологические решения для построения систем хранения спутниковых данных и результатов их обработки для обеспечения работы динамических систем доступа к данным. Данные системы должны обеспечивать возможность организации динамического формирования информационных продуктов и обеспечивать возможность построения «на лету» различных производных продуктов, необходимых для решения как научных, так и прикладных задач. 

·                 При поддержке проекта СКИФ-ГРИД начато создание  динамических сервисов, обеспечивающих работу удаленных пользователей со спутниковыми данными и продуктами их обработки.  Основной целью проекта является создание систем, обеспечивающих работу со спутниковыми данными, с использованием технологий СКИФ-ГРИД. В проекте планируется решить следующие задачи:

-                Разработать архитектуру построения сервисов, обеспечивающих работу с архивами спутниковых данных и результатами их обработки, с использованием возможностей СКИФ-ГРИД.

-                Разработать элементы ПО для реализации сервисов представления данных с возможностью динамической обработки предоставляемой информации. 

-                Создать макет системы сервисов для работы со спутниковыми данными и результатами их обработки, обеспечивающих динамическую обработку информации. 

-                Провести тестирование выбранных технических решений.

-                Разработать предложения по развитию и использованию системы.

В 2007 году в рамках этих работ по проекту были:

§       разработаны технические предложения по построению сервисов, обеспечивающих работу с архивами спутниковых данных и результатами их обработки, с использованием возможностей СКИФ-ГРИД.

§       разработана архитектура построения сервисов, обеспечивающих работу с архивами спутниковых данных и результатами их обработки, с использованием возможностей СКИФ-ГРИД.

§       проведено макетирование элементов ПО, обеспечивающих работу создаваемых сервисов.

Проведенное макетирование элементов ПО, обеспечивающих работу создаваемых сервисов, велось с  использованием инфраструктурных возможностей систем сбора, обработки и распространения данных действующей информационной системы дистанционного мониторинга лесных пожаров (ИСДМ Рослесхоз) и системы работы с долговременными архивами данных ИКИ РАН. Это позволило создать действующие макеты следующих серверных элементов, необходимых для реализации предлагаемой технологии. В том числе:

§                                     Систему управления хранением (в первую очередь систему автоматического ведения фрагментированного архива);

§                                     Систему управления вычислениями (выдачу и контроль выполнения заданий  по параллельной подготовке фрагментов продуктов)

§                                     Систему генерации конечных продуктов.

§                                     Блок представления данных пользователям.

Также это позволило начать реализацию сервисов представления данных с возможностью динамической обработки предоставляемой информации и отработку создаваемых сервисов в составе действующей системы мониторинга ИСДМ Рослесхоз. Пример одного из интерфейсов ИСДМ Рослесхоз, при построении которого использовались разработанные сервисы, приведен на рис. 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рис. 1

Пример интерфейса для работы с динамически формируемыми продуктами обработки спутниковых данных ИСДМ Рослесхоз

·       В рамках проектов Федеральной космической программы совместно со специалистами НЦ ОМЗ и ИРЭ РАН разработаны методики  построения универсальных автоматизированных систем тематической обработки, ориентированной на работу с данными перспективных российских  спутниковых систем, в НЦ ОМЗ создан действующий прототип системы.

·       В рамках проектов Федеральной космической программы совместно со специалистами НИЦ «Планета» разработаны архитектуры автоматизированных систем автоматической обработки и архивации данных, поступающих со спутников Электро и Метеор-М. В центре приема  НИЦ «Планета» введены в опытную эксплуатацию действующие прототипы системы.

·      

Совместно с центром «Природа» разработана архитектура и создан действующий прототип автоматизированной информационной системы оперативного обеспечения предприятий и организаций Роскартографии метаданными об имеющихся в фонде ФГУП «Госцентр Природа» материалах космической съемки, позволяющей оперативно получать информацию как о наличии, так и о качестве выполнения космических съемок с КА «Ресурс-ДК» № 1 территорий ответственности аэрогеодезических предприятий, а также о наличии архивных исторических материалов космических съемок на эти территории. Пример интерфейса для работы с каталогами системы приведен на рис 2.

Рис.2 Интерфейс работы с каталогом данных Ресурс ДК 1

 

            4.3.2. Ведение и поддержка архивов спутниковых данных для научных исследований глобальных изменений и обеспечения экологической безопасности.

В рамках этих работ в 2007 году в ИКИ РАН были выполнены следующие основные работы:

 

·      

Для расширения возможностей ведения долговременных архивов данных проведена модернизация серверной группы, обеспечивающей работу  со спутниковыми данными и результатами их обработки. В настоящее время серверная группа обеспечивает возможность предоставления в непосредственном доступе около 25 Тбт данных. Расширены возможности системы автоматической обработки данных. В группу автоматической обработки данных входят в настоящее время более 15 рабочих станций. Оборудована специальная серверная для ведения работ по теме «Мониторинг». Общий вид модернизированной серверной приведен на рис. 3.


Рис. 3

Общий вид модернизированной серверной,  обеспечивающей выполнение работ по теме «Мониторинг»

·       продолжалось накопление архивов данных, поступающих со спутников серии NOAA по европейской территории России и Западной Сибири (http://smisdata.iki.rssi.ru/noaa-cgi/cat_reg.pl?db=noaa&lang=russian);

·       осуществлялось ведение архивов данных прибора MODIS (спутники TERRA и AQUA) по различным регионам России (http://smis.iki.rssi.ru/dataserv/rus_ms/modis_tlm.htm).

·       В рамках научно-исследовательских проектов Федерального агентства по рыболовству, направленных на развитие отраслевой системы мониторинга, совместно с ФГУП «КЦСМ», Дальневосточным центром сбора и обработки спутниковых данных и НИЦ «Планета» продолжалось накопление информации о состоянии облачности, температуры морской поверхности и ледовой обстановки в районах Баренцева, Белого, Балтийского, Черного, Каспийского, Японского Охотского и  Берингова морей,  полученной по данным приборов AVHRR и MODIS (http://x4n9.iki.rssi.ru/noaa-cgi/cat_all_prod.pl?db=center_noaa_products );

·       В рамках научно-исследовательских проектов Федерального агентства по рыболовству, направленных на развитие отраслевой системы мониторинга, разработана технология и началось наполнение архивов данных радиолокационных спутниковых систем (ERS, ENVISAT) по промысловым районам  Черного, Охотского и Балтийского морей (http://fms.infospace.ru/radar_products/html/select_product.shtml?target_url=http://fms.infospace.ru/FMS/map/ctrlform.m.html&target_window=fms_ctrlform_e5afb8aa95df73793a045500c725d063).

·       продолжилось ведение многолетнего архива данных инструмента SPOT-Vegetation на всю территорию Северной Евразии, в виде стандартных продуктов данных S10, представляющих собой композицию наблюдений, выбранных за десятидневный период по критерию максимума NDVI;

·       совместно с ФГУ «Авиалесоохрана», ИСЗФ СО РАН, ЦЭПЛ РАН и различными центрами приема и обработки спутниковых данных накоплен архив информационных продуктов спутникового мониторинга лесных пожаров на территории России в 2005 году (архив будет доступен по адресу http://www.2007.aviales.ru)

·       В рамках проектов по развитию системы дистанционного мониторинга лесных пожаров (ИСДМ Рослесхоз) создана технология и начато ведение архивов данных высокого разрешения, поступающих со спутников SPOT.

·       продолжено ведение и развитие архивов метеоданных по территории России (http://meteo.infospace.ru/wcarch/html/index.sht). 

·       в рамках проектов по эксплуатации и развитию системы мониторинга лесных пожаров совместно ООО НТЦ «Инфокомплекс» осуществлялось ведение архива данных системы грозопеленгации, покрывающей практически всю территорию России.

·       для проведения анализа состояния растительности на территории Северной Евразии продолжено накопление архивов продуктов обработки данных MODIS. В настоящее время в системе накоплено более 30 Тбт данных (доступ к каталогу архива можно получить по адресу http://193.232.9.113/).

·       в рамках различных проектов осуществлялась поддержка систем сбора, обработки, архивации и представления данных в следующих центрах приема:  ГУ НИЦ «Планета» (г. Москва), ЗапСибРЦПОД (г Новосибирск), ДВРЦПОД (г, Хабаровск),  ИЛ СО РАН (г. Красноярск), ГНТЦ «Природа» (г. Москва), ФГУ «Авиалесоохрана» (г. Пушкино, г. Иркутск), ФГУП КЦСМ (г. Петропавловск-Камчатский);

 

            4.3.3. Развитие методологии картографирования наземных экосистем Северной Евразии по данным спутниковых наблюдений среднего пространственного разрешения. Развитие методов оценки повреждений бореальных экосистем пожарами по данным спутниковых наблюдений. Развитие циркумполярного банка данных о последствиях воздействия пожаров на бореальные экосистемы. Разработка методов использования временных серий спутниковых данных среднего разрешения для мониторинга вырубок в бореальных лесах.

В 2007 году в рамках этого направления выполнены следующие основные работы:

·       Развитие методов оценки повреждений бореальных экосистем пожарами по данным спутниковых наблюдений.

В том числе выполнены:

 

Рис. 4. Гистограммы распределения площадей поврежденных пожарами участков, выявленных на территории России в 2004 году, по данным спутниковых наблюдений приборами SPOT-Vegetation и Terra-MODIS

 

·       Развитие циркумполярного банка данных о последствиях воздействия пожаров на бореальные экосистемы.

В том числе:

·       Получены оценки пройденных огнем площадей на основе данных низкого пространственного разрешения SPOT-Vegetation, охватывающие территорию Северной Евразии и Северной Америки за период 2000-2007 годов (рис. 5). Как составляющая банка данных о последствиях воздействия пожаров, эта информация позволяет судить о времени и длительности пожароопасного сезона для наземных экосистем бореального пояса планеты.

·       Проведен комплекс разработок по развитию технологии выявления пройденных огнем площадей на основе межгодового сравнения состояния растительности с использованием банка данных спутниковых наблюдений среднего пространственного разрешения с использованием ежедневных данных Terra/Aqua-MODIS с разрешением 500 метров, позволивший уточнить оценки масштабов повреждений пожарами на территории Северной Евразии за период 2003-2007 годов.

·       Создана технология оценки степени повреждения лесов на основе метода разделения спектральных смесей и получены ежегодные оценки доли погибших от пожаров лесов на территории Северной Евразии, которые легли в основу банка количественных данных о повреждениях лесных экосистем за период 2002-2007 годов с использованием данных спутниковых наблюдений низкого и среднего пространственного разрешения. Дальнейшие работы в данном направлении связаны с распространением географического охвата использования метода на территорию бореальных экосистем Северной Америки, а также применение метода для выявления и оценки динамики лесных экосистем бореальной зоны.

Рис. 5. Пройденные огнем территории за период 2003-2007 годов по спутниковым данным прибора SPOT-Vegetation

 

·       Разработка методов использования временных серий спутниковых данных среднего разрешения для мониторинга вырубок в бореальных лесах. 

Проведена теоретическая и экспериментальная работа, направленная на создание алгоритма автоматизированного детектирования вырубок в бореальных лесах. В качестве входных спутниковых данных для разрабатываемого алгоритма используются ежедневные спутниковые изображения Terra-MODIS с пространственным разрешением 250 м. Выполняемая на первом этапе алгоритма предварительная обработка спутниковых данных включает построение очищенных от влияния облачного покрова и снега ежедневных композитных изображений, заполнение пропущенных значений временного ряда для каждой точки изображения с помощью интерполяционных методов и применение фильтрации временных рядов для улучшения свойств их гладкости и устранения случайных выбросов. Благодаря использованию адаптивных пороговых критериев процедура контекстного детектирования позволяет выявлять изменения в лесах на большой территории. Использование временных профилей спектральных яркостей для тематической интерпретации изменений позволяет точно определять дату произошедшей рубки леса. В настоящее время проводится апробирование алгоритма с целью улучшения качества его работы. Дальнейшие работы в данном направлении связаны с распространением использования метода на территорию Российской Федерации.

 


      4.3.4. Разработка научно-методических основ и элементов для построения региональных систем мониторинга в интересах природопользования и охраны окружающей среды.

В 2007 году в рамках этого направления выполнены следующие основные работы:

·       Разработана технология построения региональных систем мониторинга на основе оперативной интеграции информационных ресурсов федеральной системы дистанционного мониторинга состояния окружающей среды, природных и антропогенных объектов. На основе предложенной технологии совместно с РНИИ КП создан действующий прототип центра регионального дистанционного мониторинга Калужской области.  Пример интерфейса, обеспечивающего работу с данными, предоставляемыми центром, приведены на рис. 7

. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 7. Пример интерфейсов для работы с данными Калужского регионального центра дистанционного мониторинга

 

            4.3.5. Развитие методов и автоматизированных технологий спутникового мониторинга сельскохозяйственных земель.

В 2007 году в рамках этого направления выполнены следующие основные работы:

·  В результате проведенных исследований разработан новый метод выявления посевов озимых культур, позволяющий осуществлять оперативный мониторинг посевов по всей территории России. Осуществлена проверка работоспособности метода на европейской части территории России и выявлены площади посевов озимых за период с 2002 по 2006 годы. Создан новый метод построения маски непахотных земель на основе анализа многолетних рядов спутниковых данных и построена маска для субъектов РФ, в которых выращиваются озимые культуры. В частности по данному направлению были проведены следующие основные работы:

-       по данным прибора MODIS собрана уточненная статистика значений коэффициента спектральной яркости для открытых почв разного типа и построено уравнение линии почв, хорошо адаптированное для всей территории России, что позволяет вычислять более точно значения перпендикулярного вегетационного индекса PVI;

-       успешно апробирован новый метод детектирования полей, засеянных озимыми, основанный на характерном осеннем росте сельскохозяйственных культур. Получены маски территорий, засеянных озимыми для европейской части России в период с 2002 по 2006 годы;

-       разработан новый алгоритм классификации растительности, основанный на корреляции временных рядов спутниковых данных.

-       на основе разработанного алгоритма были созданы маски естественной растительности и непахотных земель (рис. 8) на территорию европейской части России с  последующей перспективой расширения на всю территорию страны.

 

Рис. 8. Маска непахотных земель на территорию Европейской части РФ с выращиванием озимых культур по данным прибора MODIS

 

·  Совместно с ИКИ Казахского космического агентства выполнен комплекс работ по созданию автоматизированной системы космического мониторинга сельскохозяйственных территорий Республики Казахстан. В том числе создан девствующий макет информационного сервера мониторинга сельскохозяйственных земель республики Казахстан (http://193.232.9.72/kaz/cgi/geocover_proj.pl). 

 

            4.3.6 Разработка технологии и базового программного обеспечения для автоматизированной обработки долговременных рядов спутниковых данных

            В  2007 по данному направлению выполнены следующие работ:

·       Для анализа состояния и динамики сельскохозяйственной растительности создана методика и автоматизированная процедура расчета семидневных безоблачных композитов NDVI получаемых на основе данных прибора MODIS.

·       Осуществлена обработка данных для получения безоблачных семидневных композитов по всей территории России за период с 2001 по 2007 годы и сформирован соответствующий архив данных;

·       Для проведения межгодового анализа динамики различных типов растительности в отдельных регионах разработана методика и процедура расчета рядов NDVI усредненных для отдельных регионов, с учетом масок (территорий), занятых различными типами растительности.

·       Произведен расчет усредненных NDVI для всех административных районов РФ с учетом масок лесных/нелесных территорий, обрабатываемых земель, полей, занятых озимыми культурами. На основе полученных данных сформирована база данных, позволяющая организовывать быстрый выбор данных для их анализа и сравнения.

 

            4.3.7. Развитие информационной системы поддержки мониторинга состояния и динамики наземных бореальных экосистем по данным спутниковых наблюдений.

В 2007 г. выполнено обновление банка данных информационной системы TerraNorte (рис. 9), предназначенной для обеспечения доступа широкого круга пользователей к информации о состоянии и динамике наземных экосистем бореального пояса планеты и, прежде всего, экосистем Северной Евразии для проведения фундаментальных исследований в области динамики биосферы и климата. Изменения коснулись следующих компонентов банка данных:

·       База данных повреждений наземных экосистем пожарами обновлена временной серией 2006 года для территории Северной Америки и временной серией 2007 года для территории Северной Евразии.

·       Карты on-line дополнены композитным изображением MODIS за летний период 2005 года.

·       Опубликованы сезонные композитные изображения Spot-VGT на территорию Северной Америки. Изображения за период с весны 2005 г. по весну 2007 г. доступны для загрузки в разделе «информационные продукты».

·       На основе данных Spot-VGT построено единое композитное изображение бореального пояса за летний период 2005 г. и размещено для просмотра on-line в разделе карт циркумполярного уровня.

 

Рис. 9 Web-интерфейс системы TerraNorte.

Представленные на web-сайте TerraNorte продукты данных и информационные тематические продукты получены преимущественно на основе использования спутниковых приборов наблюдения Земли в рамках научных проектов, выполняемых ИКИ РАН совместно с рядом партнерских организаций. Банк данных информационной системы включает характеристику типов земного покрова бореальной зоны, повреждений экосистем пожарами, данные мониторинга сельскохозяйственных угодий и лесных вырубок. Помимо просмотра информационных продуктов в окне Интернет-браузера, пользователю предлагается загрузить данные в свой компьютер для самостоятельной дальнейшей обработки.

Специально разработанные программные средства системы предназначены для интерактивной выдачи пользователям данных и результатов их обработки в виде таблиц, графиков, электронных карт. Средства визуализации электронных карт демонстрируют спутниковые изображения и карты циркумполярного, субконтинентального, регионального и локального уровней территориального охвата. Аналитические средства web-сайта позволяют наглядно отображать динамику пожаров в наземных экосистемах, площади экосистем в разрезе административных единиц.

 

4.3.8. Разработка технологии построения интегрированных распределенных информационных систем мониторинга состояния окружающей среды и антропогенных объектов.            (Грант РФФИ №  05-07-08014-офи а)

В проекте был проведен анализ особенностей следующих действующих в России систем мониторинга окружающей среды: система спутникового мониторинга Росгидромета; информационная система дистанционного мониторинга лесных пожаров федерального агентства лесного хозяйства; система спутникового мониторинга сельскохозяйственных земель МСХ РФ; отраслевая система мониторинга Федерального агентства по рыболовству; система мониторинга экосистем северной Евразии; система мониторинга критически важных объектов и особо опасных грузов. Проведенный анализ позволил сформулировать основные требования, возникающие при необходимости одновременного использования ресурсов различных специализированных систем мониторинга. Анализ показал, что в ближайшие годы быстрое развитие телекоммуникационных и информационных технологий позволит решать большинство подобных задач с  использованием специальных динамических интерфейсов, которые обеспечат возможность интеграции информации, поступающей из различных источников. В проекте была разработана архитектура построения системы долговременного хранения продуктов обработки спутниковых данных, которая обеспечивает возможность динамической генерации различных информационных продуктов по запросам пользователей. Был создан действующий макет системы мониторинга отдельного региона, обеспечивающий возможность автоматической динамической интеграции данных различных специализированных систем мониторинга. Действующий макет позволил отработать базовые программные элементы, технологии и стандарты обмена данными между различными информационными системами мониторинга и их отдельными элементами. Это позволило сформулировать основные требования к стандартам обмена данными и разработать базовые требования к методам построения интегрирующих динамических интерфейсов, обеспечивающих работу с данными, поступающими из различных систем. В результате проведенных работ были сформированы базовые технические решения и прототип базового пакета программного обеспечения, тестирование которого в настоящее время ведется в действующих российских системах спутникового мониторинга состояния окружающей среды, природных и антропогенных объектов. Результаты, полученные в проекте, в настоящее время включены в программы работ различных ведомств  (в частности, Минсельхоз, Рослесхоз), направленные на модернизацию ведомственных систем мониторинга.

4.3.9. Разработка технологии и действующего прототипа системы оценки влияния объектов ракетно-космической деятельности на состояние природных экосистем на основе данных спутникового мониторинга  2006-2008      Отд. 56 Рук. к.т.н. Ершов Е.А. (Грант РФФИ №  06-07-08049-офи а)

Проведен анализ возможных воздействий на состояние окружающей среды в районах полей падений и крупных объектов ракетно-космической отрасли, который показал, что видимо в основном такие воздействия могут быть связаны с различными выбросами, которые могут происходить анализируемых районах. При этом изменения, которые могут происходить в изучаемых районах условно можно разделить на два класса: «мгновенные» изменения, к которым в первую очередь следует отнести природные пожары, которые могут, например, быть вызваны падением элементов ракет, и «долговременные» воздействия, которые могут быть связаны, например, с накапливающимся воздействием различных выбросов которые могут возникать в процессе космической деятельности. Анализ показал, что для достоверного подтверждения изменений в исследуемых районах, следует собрать и проанализировать многолетние ряды наблюдений за этими районами, с целью выявления изменений, в растительном покрове, которые могли бы быть связаны с ракетно-космической деятельностью. При этом видимо следует одновременно с районами на которые может оказывать воздействие ракетно-космическая деятельность следует организовать сбор данных по районам с такими же растительными условиями, но свободными от воздействий. Исходя из данных соображений, были выбраны несколько пар таких районов. Был также проведен анализ возможных систем спутниковых наблюдений информация от которых может быть использована для анализа состояния растительности и для которых могут быть получены многолетние ряды данных. Как базовая информация была выбрана информация получаемая прибором MODIS, установленном на  спутниках TERRA и AQUA. На основе информации получаемой данном прибором были построены многолетние серии безоблачных композитов по выбранным районам, необходимые для анализа изменений происходящих в растительном покрове и, а также накоплены результаты детектирования природных пожаров в выбранных районах. Из накопленных данных были сформированы специализированные архивы за период с 1.01.2001 по 1.04.2007 года. Был также создан действующий макет системы автоматической обработки архивации и представления данных по выбранным районам, который в настоящее время обеспечивает постоянное автоматическое пополнение данными созданные архивы, а также предоставляем специалистам интерфейсы для анализа накопленных данных. Доступ к архивам в настоящее время осуществляется через web-сервер по адресу http://rk.infospace.ru/  В отчетный период была также проведена разработка базовых методик обработки спутниковых данных для выделения возможных изменений связанных с антропогенными воздействиями в выбранных районах мониторинга, .которые в основном основываются на сравнение районов подвергшихся воздействию, с «чистыми» районами.

 

4.3.10. Разработка алгоритмов и методов автоматизированной обработки спутниковых данных в интересах проекта «Состояние и ресурсно-экологический потенциал наземных экосистем Северной Евразии в условиях глобальных изменений» к сформированным архивам спутниковых данных (Программа Президиума РАН «Биоразнообразие и динамика генофондов», подпрограмма «Состояние и ресурсно-экологический потенциал наземных экосистем Северной Евразии в условиях глобальных изменений»)

В 2007 году в рамках этого направления разработана технология обучаемого регионально-адаптивного картографирования растительного покрова по данным MODIS. Технология использует в качестве опорных данных созданную ранее карту наземных экосистем Северной Евразии, полученную по спутниковым данным прибора SPOT-Vegetation с пространственным разрешением 1 км, а также карту лесов СССР. В качестве входных спутниковых данных для построения обновленной карты используются помесячные и сезонные композитные изображения Terra-MODIS с пространственным разрешением 250 м.

Пространственная неоднородность спектральных характеристик, а также зональные различия в разнообразии типов растительного покрова обусловили необходимость создания метода, учитывающего региональные особенности и использующего при обучении построение локализованных спектральных сигнатур. Различное пространственное разрешение опорной карты и спутниковых данных, наличие изменений в растительного покрова, а также возможные ошибки в опорной карте препятствует непосредственному использованию таких данных для обучения и требуют фильтрации участков, не содержащих изменения в экосистемах или ошибок классификации.

Для картографирования типов земного покрова был создан комплекс программ, реализующих следующие компоненты разработанного метода:

-         гистограммная фильтрация исходных тематических данных;

-         вычисление локализованных априорных вероятностей встречаемости типов земного покрова;

-         построение локализованных спектральных сигнатур типов земного покрова;

-         моделирование спектральных характеристик смешанных типов;

-         контекстно-зависимая классификация спутниковых данных;

-         получение вспомогательных тематических продуктов (маски воды, маски населенных пунктов и промышленных объектов).

Созданный комплекс программ был применен для формирования обучающей выборки и классификации спутниковых данных MODIS. В результате классификации был получен предварительный вариант карты типов земного покрова на территорию России (рис. 10). Легенда карты в настоящее время включает 17 классов, в том числе 8 классов покрытых лесом территорий. Ведется работа валидации полученной карты и усовершенствованию алгоритма.

Рис. 10 Предварительная версия карты наземных экосистем России по данным MODIS

           

ИНТАС (проект SibFORD)           Использование данных спутниковых наблюдений для оценки эмиссий углерода, вызванных изменениями в лесах Центральной Сибири

Проводимые в ИКИ РАН исследования, касающиеся регулярного мониторинга изменений в бореальных лесах Северной Евразии с использованием данных спутниковых наблюдений, и наличие обширной постоянно пополняемой базы данных о произошедших изменениях, позволяют перейти от количественных оценок произошедших изменений к таким экологических характеристикам как потоки углерода. За прошедший год была сформирована база данных на тестовый участок региона Центральной Сибири, включающая в себя спутниковые данные среднего и высокого разрешения, лесоинвентаризационные базы данных и данные лесной таксации, а также фрагментарные данные наземных наблюдений. Кроме того, проведена работа по исследованию мирового  и российского опыта использования спутниковых изображений, а также различных индексов, характеризующих свойства растительности и климата, построенных на основе спутниковых изображений, в качестве входных данных для существующих моделей оценки эмиссий углерода, вызванных изменениями. В дальнейшем планируется реализация одной или нескольких моделей с целью оценки эмиссий углерода, вызванных произошедшими изменениями, и сравнение полученных результатов с наземными измерениями с целью повышения качества моделирования.

 

ИНТАС(проект PACINE)  - Разработка методов дистанционного зондирования для оценки болот и ассоциированных с ними экосистем Евразии в условиях климатических изменений

территории разрабатываемых торфяников с использованием спутниковых данных высокого разрешения, а также наземных данных. В качестве тестового участка была выбрана территория национального парка «Мещера». Полевое обследование территории позволило определить структуру участка торфоразработок, сопоставить дешифрируемые на спутниковых изображениях типы земного покрова с объектами на местности.

Произведенная классификация серии разновременных снимков Landsat TM и ETM+ за период с 1986 по 2007 г. позволила определить объекты на участке торфоразработок, доступных для выявления по спутниковым данным высокого разрешения, а также участки изменений за период наблюдения. Пример результата классификации представлен на рисунке 11.

Красный 760-900 нм

Зелёный 1550-1750 нм

Синий  630-690 нм
 

 

 

а
 

 
 

 


Рис. 11 Фрагмент изображения Landsat-TM (a) и результат классификации (б) на участок торфоразработок на территории территория национального парка «Мещера»

 

В рамках работ по картографированию типов земного покрова по данным MODIS был получен предварительный вариант маски болот на территорию России с пространственным разрешением 250 м. Фрагмент полученной маски представлен на рисунке 12.

 

Рис. 12 Пример маски болот на территории России по данным MODIS (участки болот показаны желтым цветом)

 

Исследование возможностей использования в системах GRID-технологий в системах сбора, обработки архивации и распространения данных INTAS-CNES-NSAU (Проект 06-1000249154)    


Данные работы проводились совместно с ИКИ НКАУ-НАНУ. В 2007 году в  рамках этого направления работ были проанализированы различные подходы, использующиеся при построение ГРИД систем. Произведена оценка их эффективности для построения систем сбора, обработки и распространения спутниковых данных. Проведенный анализ показал, что одной из наиболее удобных технологий, обеспечивающей построения интегрированных распределенных информационных ресурсов, рассчитанных на работу географически привязанной информацией является технология WMS, использующаяся в частности в ИКИ РАН для построения динамических интерфейсов в различных системах дистанционного мониторинга состояния окружающей среды, природных и антропогенных объектов. Для дальнейшего анализа возможностей данной технологии и отработки различных информационных сервисов создана действующая модель информационной систем дистанционного мониторинга территории Украины, в которой обеспечена интеграция различных ресурсов действующих информационных систем. Пример интерфейса для работы удаленных пользователей с действующей моделью ИС приведена на рис. 13

Рис 13. Пример интерфейсов для работы с действующей моделью ИС мониторинга территории Украины.

 

Основные работы в РАМКАХ НИОКР выполняемых в рамках различных ведемств и ФЦП

«Проведение работ по информационно-техническому обеспечению и развитию системы постоянного сбора и обработки данных спутникового мониторинга в интересах системы мониторинга сельскохозяйственных земель» МСХ РФ

 

«Совершенствование комплексного использования информации отраслевой системы мониторинга (ОСМ) и общеотраслевого архива спутниковых данных (ОАСД) для поддержки принятия управленческих решений» Росрыболовство

 

«Разработка программных комплексов информационного взаимодействия отраслевой системы мониторинга (ОСМ) с российскими и иностранными организациями» Росрыболовство

 

«Участие в работах по развитию системы дистанционного мониторинга лесных пожаров и очагов массового размножения вредных насекомых и болезней леса (лот №8)» Рослесхоз

 

«Разработка ПО для географической привязки целевой информации ЭМКА "Канопус-2"» МО РФ

 

«Разработка интерфейса информационной системы удаленного просмотра метаданных и материалов космической съемки» Роскартография

 

«Разработка предложений по организации применения в статистической практике космического мониторинга земель сельскохозяйственного назначения с учетом международной практики» МСХ РФ.

 

«Развитие технологии оперативного обмена информацией между российской и канадской системами мониторинга лесных пожаров» Рослесхоз

 

«Создание динамических сервисов, обеспечивающих работу удаленных пользователей со спутниковыми данными и продуктами их обработки» проект СКИФ-ГРИД, программа союзного государства Россия-Белорусия