Проблема построения объединенной е- Инфраструктуры геоинформационных ресурсов
advertisement
Національна академія наук України Інститут геологічних наук Науковий центр аерокосмічних досліджень Земли Україна, 01601 Київ, вул. Гончара, 55-Б (38044) 482-01-66 mpopov@casre.kiev.ua Проблема построения объединенной еИнфраструктуры геоинформационных ресурсов для оптимизации процедур решения тематических задач ДЗЗ и некоторые другие темы для сотрудничества Конференция по вопросам развития сотрудничества в области исследования космоса и использования космического пространства Москва, 3-5 октября 2011 г. Національна академія наук України Інститут геологічних наук Науковий центр аерокосмічних досліджень Земли Україна, 01601 Київ, вул. Гончара, 55-Б Совместный научный управление данными (38044) 482-01-66 проект ДЗЗ для mpopov@casre.kiev.ua “Рациональное решения задач устойчивого развития территорий” (2008-2009 гг.) Выполнялся научными командами ЦАКИЗ ИГН НАН Украины и ИКИ РАН гг. при финансовой поддержке соответственно НАН Украины и Российского фонда фундаментальных исследований. Конференция по вопросам развития сотрудничества в области исследования космоса и использования космического пространства Москва, 3-5 октября 2011 г. Національна академія наук України Інститут геологічних наук Науковий центр аерокосмічних досліджень Земли Україна, 01601 Київ, вул. Гончара, 55-Б (38044) 482-01-66 mpopov@casre.kiev.ua Архитектура корпоративной информационной системы ЦАКИЗ Intranet 100mb full duplex Енергомосообміну в геосистемах Корпоративний портал даних ДЗЗ ЦАКДЗ Системного аналізу ArcGIS Explorer, ArcGIS Desktop, ArcGIS Engine, ArcGIS Image Server (Web Server) Web-браузер Аерокосмічних досліджень В геології Геоінформаційних досліджень в дистанційному зондуванні Землі Internet Сервіс-конектор Сервіси Аерокосмічних досліджень в геоекології Адміністр. Аналіз, Моделюв. Image Server Manager Каталожн. Перегляд ArcGIS Image Server, ArcGIS Image Service Extention Модуль управління доступом до даних (драйвер) ArcGIS Desktop Content Author (Service Editor) XML Manager Administrator Зовнішні джерела даних Сховище даних ДЗЗ Державний (галузевий) портал БД 1 БД 2 Адміністр. Глобальний каталог (метадані) 6U Локальний каталог (метадані) Сервіси Дані ДЗЗ Перегляд ArcGIS Image Server ArcCatalog Administrator Каталожн. …… Аналіз/ Моделюв. БД N ArcGIS Image Server, ArcGIS Image Service Extention Image Server Manager ArcCatalog Administrator ++ Архів Національна академія наук України Інститут геологічних наук Науковий центр аерокосмічних досліджень Земли Україна, 01601 Київ, вул. Гончара, 55-Б (38044) 482-01-66 mpopov@casre.kiev.ua Совместный российско-украинский научный проект “Російсько- Український сегмент глобальної е-інфраструктури постійного доступу до наукових ресурсів ДЗЗ для вирішення завдань сталого розвитку територій” (2011-2012 гг.) Цель работы – предложить и обосновать принципы и архитектуру объединенной е-Инфраструктуры геоинформационных ресурсов для оптимизации процедур решения тематических задач ДЗЗ. Выполняется научными командами ЦАКИЗ ИГН НАН Украины и ИКИ РАН гг. при финансовой поддержке Фондов фундаментальных исследований Украины и России. Конференция по вопросам развития сотрудничества в области исследования космоса и использования космического пространства Москва, 3-5 октября 2011 г. Національна академія наук України Інститут геологічних наук Науковий центр аерокосмічних досліджень Земли Україна, 01601 Київ, вул. Гончара, 55-Б (38044) 482-01-66 mpopov@casre.kiev.ua Факторы, которые следует учитывать: - Широта применений технологии ДЗЗ и связанная с этим обстоятельством сложность формализации тематических задач; - Данные относятся к различным физическим полям (оптическим, геофизическим, геологическим, ландшафтным и др.), отчего отличаются неоднородностью, имеют самые разные формы и форматы представления; - Точность, достоверность, степень детализации различных исходных данных об изучаемых объектах, явлениях и процессах могут сильно отличаться; - Необходимость быстрой загрузки потоков больших массивов данных и оперативного проведения их анализа; - Оценивание качества данных ДЗЗ, компьютерная обработка требуют специальных программных продуктов и наличия у пользователя практических навыков работы с аэрокосмическими изображениями. Конференция по вопросам развития сотрудничества в области исследования космоса и использования космического пространства Москва, 3-5 октября 2011 г. Національна академія наук України Інститут геологічних наук Науковий центр аерокосмічних досліджень Земли Україна, 01601 Київ, вул. Гончара, 55-Б (38044) 482-01-66 mpopov@casre.kiev.ua Принципы, положенные в основу построения объединенной е-Инфраструктуры геоинформационных и научных ресурсов ДЗЗ: 1. Возможность информационной настройки на конкретно поставленную задачу в рамках предметной области ДЗЗ; 2. Автоматизация составления плана решения заданной тематической задачи ДЗЗ; 3. Возможность поиска исходных данных, отвечающих требуемым задачей параметрам, и знаний по содержанию (семантике); 4. Единая политика администрирования; 5. Масштабируемость; 6. Целостность; 7. Интероперабельность. Конференция по вопросам развития сотрудничества в области исследования космоса и использования космического пространства Москва, 3-5 октября 2011 г. Національна академія наук України Інститут геологічних наук Науковий центр аерокосмічних досліджень Земли Україна, 01601 Київ, вул. Гончара, 55-Б (38044) 482-01-66 mpopov@casre.kiev.ua При построении объединенной е-Инфраструктуры область практических приложений ДЗЗ разделена на такие классы: 1. Геология, 2. Землепользование, 3. Сельское хозяйство, 4. Экосистемы и лесное хозяйство, 5. Океан и прибрежная зона, 6. Водные ресурсы, 7. Метеорология и климатология, 8. Чрезвычайные ситуации. Конференция по вопросам развития сотрудничества в области исследования космоса и использования космического пространства Москва, 3-5 октября 2011 г. Національна академія наук України Інститут геологічних наук Науковий центр аерокосмічних досліджень Земли Україна, 01601 Київ, вул. Гончара, 55-Б (38044) 482-01-66 mpopov@casre.kiev.ua Принятое структурирование информационных ресурсов : 1. Изображения, картографические и графические материалы; 2. Текстовые материалы (стандарты, нормативно-правовые материалы, научная литература, отчеты, диссертации и т. п.); 3. Внешние сервисы и порталы, базы и банки данных; 4. Динамические данные (видео, анимации, мультимедиа). Конференция по вопросам развития сотрудничества в области исследования космоса и использования космического пространства Москва, 3-5 октября 2011 г. Національна академія наук України Інститут геологічних наук Науковий центр аерокосмічних досліджень Земли Україна, 01601 Київ, вул. Гончара, 55-Б (38044) 482-01-66 mpopov@casre.kiev.ua Problem-solving scheme for the remote sensing applications Конференция по вопросам развития сотрудничества в области исследования космоса и использования космического пространства Москва, 3-5 октября 2011 г. Національна академія наук України Інститут геологічних наук Науковий центр аерокосмічних досліджень Земли Україна, 01601 Київ, вул. Гончара, 55-Б (38044) 482-01-66 mpopov@casre.kiev.ua Задача Модели тематических задач ДЗЗ Общая схема решения тематических задач ДЗЗ Планировщик Оператор Логическая схема решения задачи Информация, знания Процедурный канал Конечный информационный продукт Валидация данных Данные Національна академія наук України Інститут геологічних наук Науковий центр аерокосмічних досліджень Земли Україна, 01601 Київ, вул. Гончара, 55-Б (38044) 482-01-66 mpopov@casre.kiev.ua Основные технологические операции: • Определение дешифровочных признаков объектов; • Получение репрезентов; • Анализ вспомогательных данных; • Выбор космических изображений; • Пространственное привязывание; • Классификация; • Интеграция данных; • Публикация конечного информационного продукта; • Оценка точности (валидация). Конференция по вопросам развития сотрудничества в области исследования космоса и использования космического пространства Москва, 3-5 октября 2011 г. Національна академія наук України Інститут геологічних наук Науковий центр аерокосмічних досліджень Земли Україна, 01601 Київ, вул. Гончара, 55-Б (38044) 482-01-66 mpopov@casre.kiev.ua Компоненты архитектуры объединенной еИнфраструктуры геоинформационных ресурсов: 1. ГИС-сервер (GIS Server); 2. Веб-сервер (Web Server); 3. Геопортал (Geoportal); 4. Каталожный сервис (Catalogue Service); 5. Сервис данных (Data Service);. 6. База моделей тематических задач ДЗЗ (Models for remote sensing applications); 7. Программное обеспечение как сервис (Software as a Service (SaaS)). 8. Клиентские ГИС-приложения (Client GIS-applications ). Конференция по вопросам развития сотрудничества в области исследования космоса и использования космического пространства Москва, 3-5 октября 2011 г. Національна академія наук України Інститут геологічних наук Науковий центр аерокосмічних досліджень Земли Україна, 01601 Київ, вул. Гончара, 55-Б Smart infrastructure of geospatial information resources for the remote sensing applications (38044) 482-01-66 mpopov@casre.kiev.ua Національна академія наук України Інститут геологічних наук Науковий центр аерокосмічних досліджень Земли Україна, 01601 Київ, вул. Гончара, 55-Б (38044) 482-01-66 mpopov@casre.kiev.ua Таким образом, на сегодня выполнено обоснование принципов построения объединенной российско-украинской е-Инфраструктуры геоинформационных ресурсов, позволяющей оптимизировать процедуры решения тематических задач ДЗЗ. Предложена общая схема решения тематических задач ДЗЗ, позволяющая формализовать процессы обработки и анализа данных. Разработана архитектура объединенной е-Инфраструктуры, основанная на геопортальных технологиях и возможностях, предоставляемых глобальными сетями. Задачи исследований на 2012 год: •разработка эффективных процедур обмена геопространственными данными и другими научными ресурсами между исследователями, алгоритмическое обеспечение для устойчивого управления данными и ресурсами ДЗЗ; •создание профилей стандартов метаданных для описания гетерогенных ресурсов спутниковой информации; •построение портала геоинформационных ресурсов ДЗЗ, обеспечивающего распределенный стандартизированный доступ исследователей и удаленных пользователей к ресурсам спутниковой и иной научной информации. Конференция по вопросам развития сотрудничества в области исследования космоса и использования космического пространства Москва, 3-5 октября 2011 г. Національна академія наук України Інститут геологічних наук Науковий центр аерокосмічних досліджень Земли Україна, 01601 Київ, вул. Гончара, 55-Б (38044) 482-01-66 mpopov@casre.kiev.ua Тема совместного проекта (предложение к сотрудничеству): “Оценка состояния лесопарковых массивов пригородной зоны мегаполиса с использованием материалов гиперспектральной съёмки” Цель работы - повышение оперативности получения оценок качества и количества массивов древесных насаждений пригородной зоны мегаполиса. Предполагаемый результат - создание и оперативное обновление актуальных карт состояния лесопарковых массивов пригородной зоны мегаполиса. Конференция по вопросам развития сотрудничества в области исследования космоса и использования космического пространства Москва, 3-5 октября 2011 г. Національна академія наук України Інститут геологічних наук Науковий центр аерокосмічних досліджень Земли Україна, 01601 Київ, вул. Гончара, 55-Б (38044) 482-01-66 mpopov@casre.kiev.ua Идея исследования Современные методы оценивания состояния растительности на урбанизированных территориях базируются на подсчётах суммарной площади зеленых насаждений, прежде всего древесных, в пределах города или района. Одновременно оценивается обеспеченность населения зелеными насаждениями, измеряемая в квадратных метрах на человека. Недостатками существующей системы определения состояния растительности больших урбанизированных территорий являются значительные материальные затраты и низкая оперативность. Эти недостатки могут быть скомпенсированы привлечением аэрокосмической съёмки. Прогресс бортовой оптико-электронной съёмочной аппаратуры обеспечил широкое использование самолётных и спутниковых гиперспектральных сенсоров. Применение научно обоснованных методов обработки гиперспектральных данных позволит получать более информативные и надёжные количественные показатели состояния лесопарковых массивов, чем существующие. Конференция по вопросам развития сотрудничества в области исследования космоса и использования космического пространства Москва, 3-5 октября 2011 г. Національна академія наук України Інститут геологічних наук Науковий центр аерокосмічних досліджень Земли Україна, 01601 Київ, вул. Гончара, 55-Б (38044) 482-01-66 mpopov@casre.kiev.ua Идея исследования (продолжение) Многие из показателей состояния лесных и лесопарковых массивов (вегетационные индексы, проективное покрытие, площадь фотосинтетически активной поверхности, хлорофильные показатели) могут быть определены по данным аэрокосмических съёмок. В данном исследовании предполагается использовать два индикатора состояния лесопарковых массивов: 1) лиственный индекс, описывающий геометрию древесной растительности; 2) нормированный показатель качества, опирающийся на спектральную отражающую способность листвы. Эти индикаторы восстанавливаются по регрессионным зависимостям, построенным по данным полевых измерений на тестовых участках. Интегральное состояние лесопарковых массивов рассчитывается как произведение этих индикаторов. Пространственное разрешение получаемых оценок определяется разрешением используемых данных гиперспектральной съёмки и составляет 1-3 метров на местности для самолётных сенсоров и 15-30 метров для спутниковых сенсоров. Конференция по вопросам развития сотрудничества в области исследования космоса и использования космического пространства Москва, 3-5 октября 2011 г. Національна академія наук України Інститут геологічних наук Науковий центр аерокосмічних досліджень Земли Україна, 01601 Київ, вул. Гончара, 55-Б (38044) 482-01-66 mpopov@casre.kiev.ua Модель оценки состояния растительности 1 ln 0 , k E (a) ER (a) NDVI( a ) N , E N (a) ER (a) LAI V(A) S(α) LAI (a ) F (a )da, g EG EG E R ER r . EG E R 1 g (a) . g (a) 1 g (a) F (a) 1 q [ LAI (a)]1 . g (a) V ( A) ( A) N ( A) C (a) q [ LAI (a)]1 Національна академія наук України Інститут геологічних наук Науковий центр аерокосмічних досліджень Земли Україна, 01601 Київ, вул. Гончара, 55-Б (38044) 482-01-66 mpopov@casre.kiev.ua Зелёность Привязка снимка Камеральные работы Наземная заверка Удельное качество Классификация за деревом решений Регрессия Проектная площадь Регрессия Удельное качество Административная карта Состояние растительности Національна академія наук України Інститут геологічних наук Науковий центр аерокосмічних досліджень Земли Україна, 01601 Київ, вул. Гончара, 55-Б (38044) 482-01-66 mpopov@casre.kiev.ua Національна академія наук України Інститут геологічних наук Науковий центр аерокосмічних досліджень Земли Україна, 01601 Київ, вул. Гончара, 55-Б (38044) 482-01-66 mpopov@casre.kiev.ua Авторские публикации по теме “Оценка состояния лесопарковых массивов пригородной зоны мегаполиса с использованием материалов гиперспектральной съёмки” 1. Попов М.А., Станкевич С.А., Козлова А.А. Особенности использования многоспектральных аэрокосмических изображений при количественной оценке видового разнообразия растительного покрова // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. - Вып. 4.- Т. 2. - М.: ИКИ РАН, 2007.- С. 297-303. 2. Попов М. А., Станкевич С. А., Сахацкий А. И., Козлова А. А. Использование полного набора нормализованных межканальных индексов многоспектральных космических изображений при классификации покрытий ландшафта // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского, 2007. - Т. 20 (59).- № 1.- C. 175-182. 3. Попов М.А., Лукин В.В., Станкевич С.А., Зряхов М.С., Лищенко Л.П., Подорван В.Н., Кривенко С.С. Картирование техногенных загрязнений урбанизированных территорий по материалам гиперспектральной космосъёмки // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского, 2010. - Т. 23 (62).- № 2.- С. 232-241. 4. Станкевич С.А., Титаренко О.В., Шкляр С.В. Ефективна обробка даних польового спектрометрування в природоресурсних задачах // Доповіді НАН України, 2010.- № 12.С. 110-115. 5. Бурштинська Х.В., Станкевич С.А. Аерокосмічні знімальні системи.- Львів: Львівська політехніка, 2010. - 292 с. Конференция по вопросам развития сотрудничества в области исследования космоса и использования космического пространства Москва, 3-5 октября 2011 г. Національна академія наук України Інститут геологічних наук Науковий центр аерокосмічних досліджень Земли Україна, 01601 Київ, вул. Гончара, 55-Б (38044) 482-01-66 mpopov@casre.kiev.ua Тема совместного проекта (предложение к сотрудничеству): “Оценка количественно-качественных характеристик лесных насаждений на основе комплексирования материалов многоспектральной аэрокосмической съемки и лазерно-локационных данных” Конференция по вопросам развития сотрудничества в области исследования космоса и использования космического пространства Москва, 3-5 октября 2011 г. Національна академія наук України Інститут геологічних наук Науковий центр аерокосмічних досліджень Земли Україна, 01601 Київ, вул. Гончара, 55-Б (38044) 482-01-66 mpopov@casre.kiev.ua Основные задачи лесоустройства и лесного хозяйства, решаемые с помощью комплексирования материалов многоспектральной аэрокосмической съемки и лазерно-локационных данных: • определение состава пород, форм древостоя, полотна (степени сомкнутости крон); • оценка фитосанитарного состояния; • мониторинг пожароопасности в лесах; • ландшафтное картографирование; • подсчет площадей, определение отдельно стоящих деревьев, получение трехмерной модели леса. Конференция по вопросам развития сотрудничества в области исследования космоса и использования космического пространства Москва, 3-5 октября 2011 г. Территория исследования: Украина, г. Черкассы Классификация лазерных точек в программной среде MicroStation а) б) в) а) вид сверху; б) изометрия ; в) продольный профиль Распознание и подсчет деревьев в программном модуле Terra а) б) в) а) вид сверху; б) изометрия ; в) продольный профиль Создание З-D модели города Определения деревьев в зонах городской застройки Національна академія наук України Інститут геологічних наук Науковий центр аерокосмічних досліджень Земли Україна, 01601 Київ, вул. Гончара, 55-Б (38044) 482-01-66 mpopov@casre.kiev.ua ЗАКЛЮЧЕНИЕ Таким образом, в докладе: 1. Освещено текущее состояние проблемы создания российско-украинского сегмента глобальной е-Инфраструктуры доступа к научным ресурсам для решения задач устойчивого развития территорий” (в рамках совместного научного проекта, выполняемого в 2011-2012 гг. при финансовой поддержке ФФИ России и Украины). 2. Предложена перспективная тематика для новых совместных научноприкладных исследований: - “Оценка состояния лесопарковых массивов пригородной зоны мегаполиса с использованием материалов гиперспектральной съёмки”; - “Оценка количественно-качественных характеристик лесных насаждений на основе комплексирования материалов многоспектральной аэрокосмической съемки и лазерно-локационных данных”. Конференция по вопросам развития сотрудничества в области исследования космоса и использования космического пространства Москва, 3-5 октября 2011 г. Національна академія наук України Інститут геологічних наук Науковий центр аерокосмічних досліджень Земли Україна, 01601 Київ, вул. Гончара, 55-Б (38044) 482-01-66 mpopov@casre.kiev.ua ВСЕ. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ. Конференция по вопросам развития сотрудничества в области исследования космоса и использования космического пространства Москва, 3-5 октября 2011 г.
